Cuptor Tunel Cu Role
-
Upload
ion-alberto -
Category
Documents
-
view
22 -
download
0
Embed Size (px)
description
Transcript of Cuptor Tunel Cu Role

Introducere
Tendinţa de reducere a consumului de combustibil a făcut ca tot mai multe cuptoare cu funcţionare intermitentă să se icircnlocuiască cu cuptoare cu funcţionare continuă Această icircnlocuire a dus la reducerea consumului specific de căldură cu aproximativ 40 iar prin icircmbunătăţirile care s-au adus s-au obţinut distribuţii uniforme şi controlate a temperaturilor ceea ce a permis mărirea considerabilă a vitezei de ardere şi a calităţii produselor obţinute Tehnologia actuală este orientată spre linii complet automatizate icircn care cuptoarele sunt integrate perfect icircn fluxul tehnologic
Cuptoarele tunel sunt cuptoarele cele mai utilizate icircn arderea produselor ceramice datorită avantajelor pe care le prezintă faţă de alte tipuri de cuptoare posibilitatea de menţinere constantă icircn spaţiul de lucru a regimului termic stabilit automatizarea uşoară a procesului termotehnologic Principalul dezavantaj constă icircn costul prea ridicat al investiţiei datorită sistemului de antrenare a produselor icircn cuptor
Cuptorul tunel cu deplasare lineară a produselor este constituit dintr-un canal a cărui lungime atinge uneori şi 150 m Este construit din cărămizi refractare şi termoizolante fiind acoperit cu o boltă icircn arc sau cu boltă plană suspendată Cuptorul tunel pentru productivităţi mari poate avea mai multe canale dispuse icircn paralel sau suprapuse Produsele supuse procesului termotehnologic parcurg cuptorul de la un capăt la celălalt iar aerul şi gazele de ardere se deplasează icircn sens invers Printr-un control adecvat al parametrilor de funcţionare se poate reproduce cu multă exactitate curba de ardere stabilită
Canalul de ardere poate fi prevăzut pe icircntreaga lungime sau numai pe anumite zone cu mufe pentru a proteja produsele de contactul direct cu flacără şi gazele de ardere Răcirea produselor se poate face direct printr-un curent de aer sau indirect prin intermediul unor suprafeţe de radiaţie răcite cu ajutorul unui curent de aer sau de apăIcircn timpul trecerii prin cuptorul tunel materialele parcurg succesiv următoarele trei zone distincte zona de preicircncălzire a produselor crude zona de ardere zona de răcire a produselor arse
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420231
I11 Zona de preicircncălzire a cuptorului tunel trebuie să asigure icircncălzirea produselor icircn contracurent icircn mod uniform la gradienţi termici cacirct mai mici posibili pe icircntreaga secţiune transversală a canalului şi cu respectarea vitezei de icircncălzire prescrise prin diagrama de ardere Procesul de preicircncălzire se realizează prin utilizarea entalpiei gazelor de ardere care provin din zona de ardere Uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune transversală a canalului reprezintă problema cea maiimportantă şi cea mai dificilă de realizat Icircn acest scop se urmăreşte folosirea unui volum cacirct se poate de mare de gaze care să asigure umplerea cu gaze a icircntregii secţiuni transversale a canalului Viteza de deplasare a gazelor icircn zona de icircncălzire este cuprinsă icircntre 25 şi 5 metrisecundă Din cauza forţei ascensionale gazele fierbinţi au tendinţa de a se ridica fapt care poate produce o neuniformitate a temperaturii pe secţiune Din acest motiv icircn zona de preicircncălzire se montează un număr mare de ventilatoare care crează o circulaţie transversală a gazelor icircn secţiunea cabalului Gazele de ardere cu temperatură mai ridicată sunt preluate de sub boltă şi sunt introduse la baza canalului Pentru un volum mai mare de gaze se pot folosi icircn zona de icircncălzire arzătoare de tip ISO-jet care sunt arzătoare de mare viteză care ajută la uniformizarea temperaturilor
I12 Zona de ardere este icircn continuarea zonei de preicircncălzire şi icircn această zonă temperatura produselor se ridică pacircnă la valorile maxime prevăzute icircn diagrama de ardere Icircncălzirea se poate face cu flacără directă cu gazele de ardere provenite din arderea combustibilului sau electric
Icircn cazul icircncălzirii cu combustibil debitul necesar se repartizează pe un număr cacirct mai mare de arzătoare dispuse de ambele părţi ale zonei de ardere pe unui sau două niveluri Icircn cazul icircn care se foloseşte sistemul arderii combustibilului icircn camere separate aceasta sunt despărţite de canalul cuptorului printr-un perete Arzătoarele care satisfic atacirct cerinţele uniformizării temperaturilor cacirct şi cele referitoare la o eficacitate maximă a
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
Zonă preicircncălzire Zonă ardere Zonă răcire
GAZE AER SECUNDAR AER
MATERIAL PRODUS
AER RECIRCULAT
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel
COMBUSTIBIL ŞI AER PRIMAR
2
transferului de căldură sunt arzătoarele de mare viteză Aceasta au un domeniu foarte larg de reglare şi se pot acorda perfect cu particularităţile materialului supus arderii
I13 Zona de răcire este ultima etapă importantă a procesului termotehnologic Răcirea se face cu aer din care o parte se utilizează la arderea combustibilului iar restul se extrage din zona de răcire şi se recirculă icircn zona de preicircncălzire Răcirea se realizează direct prin curentul de aer care trece peste produse schimbul de căldură făcicircndu-se prin convecţie Pentru a asigura mişcarea gazelor prin cuptor cu viteze bine stabilite trebuie să se realizeze diferenţele de presiune necesare Icircn zona de ardere presiunea trebuie să fie cacirct mai aproape de presiunea mediului icircnconjurător Icircn zona de preicircncălzire şi răcire pot apărea depresiuni şi suprapresiuni dar mărimea lor să nu depăşească icircn general 50-60 Nm2 Transportul produselor prin cuptor se va face pe role produsele fiind aşezate pe plăci refractare uşoare ce icircnaintează prin cuptor pe role acţionate printr-un sistem de lanţuri şi roţi dinţate Rolele sunt piese ceramice speciale cu miez din oţel refractar Gazele de ardere circulă ătacirct deasupra produselor cacirct şi sub role astfel icircncacirct transferul termic se realizează pe o suprafaţă mai mare a produsului Alegerea acestui tip de transport asigură economisire de spaţiu icircn comparaţie cu sistemul cu vagoneţi şi se reduce şi consumul de combustibil
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420233
II Calculul mineralogic a masei crude
II1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Se poate calcula plecacircnd de la compoziţia oxidică a masei crudeCaolin Aghireş = 2149Caolin Zettlitz = 2636Nisip = 2170Feldspat = 3045Total = 100
Productivitatea este 7000 tan (20 tzi)Din bilanţul de material se constata că la operaţia de ardere se introduceM=2390 tzi Materialul ieşit este N=2222 tzi Pierderi la calcinare p2=655 pierderi de umiditate ΔU1=0005M
Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Materialul anhidru Mrsquo=(1-0005)=0995MPierderi la calcinare p2=( p2100) Mrsquo=0995(655100)M=00652M
Bilanţ general de operaţieM=N+ ΔU1+ p2=2222+0005M+00652M09298M=2222M= 2390 tzi rarr 23900kgzip2=155828 tziMrsquo=13586 tziΔU1=01195 tziL= 22762 tziLrsquo=1138 tziMs=material solid
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420234
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
Apa conţinută de materiile prime
III Proiectarea cuptorului tunel cu role
Proiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spaţiului de lucru util al cuptorului realizarea bilanţului termic şi determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs Pentru aceasta sunt necesare date referitoare asupra produsului tipul de produs ceramic compoziţia mineralogică forma şi dimensiunile precum şi tratamentul termic necesar
III1 Predimensionarea
Are scopul de a determina dimensiunile spaţiului de lucru al cuptorului Valorile obţinute vor fi definitive numai după verificarea termotehnologicăVolumul util al cuptorului se determină cu relaţia
III1
Icircn care
- volumul util al cuptorului - producţia anuală a cuptorului (tan) - durata ciclului de ardere (ore)
- indicele extensive de funcţionare al cuptorului (orean) - densitatea de aşezare a icircncărcăturii icircn cuptor (tm3) - cantitatea de rebuturi icircn timpul arderii ()
Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relaţia
III2undeL ndash lungimea cuptorului (m)l ndash lăţimea cuptorului (m)h ndash icircnălţimea cuptorului (m)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420235
De obicei lăţimea şi icircnălţimea cuptoarelor tunnel se stabilesc icircn funcţie de destinaţia lor respective de tipul şi dimensiumile produsului supus arderiiSe adoptă l=12m h=056mProductivitatea cuptorului se stabileşte prin bilanţul de materiale Din bilanţul de materiale rezultă că pentru operaţia de ardere se impune o productivitate de 20tzi produs finit ceea ce reprezintă
- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere
- indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezintă numărul total de ore de funcţionare al cuptorului icircntr-un an
G ndash densitatea de aşezare a icircncărcăturii se determină calculacircnd greutatea materialului aflat icircntr-un m3 volum util al cuptoruluiSemifabricatele se introduc la ardere aşezate pe plăci din material refractar de dimensiuni
m numărul de piese pe o placă fiind de 128 aşezate icircn 8 racircnduri a cacircte 16 bucăţi fiecare
III3
- greutatea produselor de pe o placă (t)
- volumul cuptorului afferent unei plăci (m3)
Icircn cazul de faţă cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile icircn urma arderii se evidenţiază prin operaţia de sortare care la icircntocmirea bilanţului de materiale s-a calculate separateDin relaţia III1 prin icircnlocuirea valorilor se obţine
Lungimea cuptorului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420236
(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

I11 Zona de preicircncălzire a cuptorului tunel trebuie să asigure icircncălzirea produselor icircn contracurent icircn mod uniform la gradienţi termici cacirct mai mici posibili pe icircntreaga secţiune transversală a canalului şi cu respectarea vitezei de icircncălzire prescrise prin diagrama de ardere Procesul de preicircncălzire se realizează prin utilizarea entalpiei gazelor de ardere care provin din zona de ardere Uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune transversală a canalului reprezintă problema cea maiimportantă şi cea mai dificilă de realizat Icircn acest scop se urmăreşte folosirea unui volum cacirct se poate de mare de gaze care să asigure umplerea cu gaze a icircntregii secţiuni transversale a canalului Viteza de deplasare a gazelor icircn zona de icircncălzire este cuprinsă icircntre 25 şi 5 metrisecundă Din cauza forţei ascensionale gazele fierbinţi au tendinţa de a se ridica fapt care poate produce o neuniformitate a temperaturii pe secţiune Din acest motiv icircn zona de preicircncălzire se montează un număr mare de ventilatoare care crează o circulaţie transversală a gazelor icircn secţiunea cabalului Gazele de ardere cu temperatură mai ridicată sunt preluate de sub boltă şi sunt introduse la baza canalului Pentru un volum mai mare de gaze se pot folosi icircn zona de icircncălzire arzătoare de tip ISO-jet care sunt arzătoare de mare viteză care ajută la uniformizarea temperaturilor
I12 Zona de ardere este icircn continuarea zonei de preicircncălzire şi icircn această zonă temperatura produselor se ridică pacircnă la valorile maxime prevăzute icircn diagrama de ardere Icircncălzirea se poate face cu flacără directă cu gazele de ardere provenite din arderea combustibilului sau electric
Icircn cazul icircncălzirii cu combustibil debitul necesar se repartizează pe un număr cacirct mai mare de arzătoare dispuse de ambele părţi ale zonei de ardere pe unui sau două niveluri Icircn cazul icircn care se foloseşte sistemul arderii combustibilului icircn camere separate aceasta sunt despărţite de canalul cuptorului printr-un perete Arzătoarele care satisfic atacirct cerinţele uniformizării temperaturilor cacirct şi cele referitoare la o eficacitate maximă a
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
Zonă preicircncălzire Zonă ardere Zonă răcire
GAZE AER SECUNDAR AER
MATERIAL PRODUS
AER RECIRCULAT
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel
COMBUSTIBIL ŞI AER PRIMAR
2
transferului de căldură sunt arzătoarele de mare viteză Aceasta au un domeniu foarte larg de reglare şi se pot acorda perfect cu particularităţile materialului supus arderii
I13 Zona de răcire este ultima etapă importantă a procesului termotehnologic Răcirea se face cu aer din care o parte se utilizează la arderea combustibilului iar restul se extrage din zona de răcire şi se recirculă icircn zona de preicircncălzire Răcirea se realizează direct prin curentul de aer care trece peste produse schimbul de căldură făcicircndu-se prin convecţie Pentru a asigura mişcarea gazelor prin cuptor cu viteze bine stabilite trebuie să se realizeze diferenţele de presiune necesare Icircn zona de ardere presiunea trebuie să fie cacirct mai aproape de presiunea mediului icircnconjurător Icircn zona de preicircncălzire şi răcire pot apărea depresiuni şi suprapresiuni dar mărimea lor să nu depăşească icircn general 50-60 Nm2 Transportul produselor prin cuptor se va face pe role produsele fiind aşezate pe plăci refractare uşoare ce icircnaintează prin cuptor pe role acţionate printr-un sistem de lanţuri şi roţi dinţate Rolele sunt piese ceramice speciale cu miez din oţel refractar Gazele de ardere circulă ătacirct deasupra produselor cacirct şi sub role astfel icircncacirct transferul termic se realizează pe o suprafaţă mai mare a produsului Alegerea acestui tip de transport asigură economisire de spaţiu icircn comparaţie cu sistemul cu vagoneţi şi se reduce şi consumul de combustibil
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420233
II Calculul mineralogic a masei crude
II1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Se poate calcula plecacircnd de la compoziţia oxidică a masei crudeCaolin Aghireş = 2149Caolin Zettlitz = 2636Nisip = 2170Feldspat = 3045Total = 100
Productivitatea este 7000 tan (20 tzi)Din bilanţul de material se constata că la operaţia de ardere se introduceM=2390 tzi Materialul ieşit este N=2222 tzi Pierderi la calcinare p2=655 pierderi de umiditate ΔU1=0005M
Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Materialul anhidru Mrsquo=(1-0005)=0995MPierderi la calcinare p2=( p2100) Mrsquo=0995(655100)M=00652M
Bilanţ general de operaţieM=N+ ΔU1+ p2=2222+0005M+00652M09298M=2222M= 2390 tzi rarr 23900kgzip2=155828 tziMrsquo=13586 tziΔU1=01195 tziL= 22762 tziLrsquo=1138 tziMs=material solid
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420234
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
Apa conţinută de materiile prime
III Proiectarea cuptorului tunel cu role
Proiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spaţiului de lucru util al cuptorului realizarea bilanţului termic şi determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs Pentru aceasta sunt necesare date referitoare asupra produsului tipul de produs ceramic compoziţia mineralogică forma şi dimensiunile precum şi tratamentul termic necesar
III1 Predimensionarea
Are scopul de a determina dimensiunile spaţiului de lucru al cuptorului Valorile obţinute vor fi definitive numai după verificarea termotehnologicăVolumul util al cuptorului se determină cu relaţia
III1
Icircn care
- volumul util al cuptorului - producţia anuală a cuptorului (tan) - durata ciclului de ardere (ore)
- indicele extensive de funcţionare al cuptorului (orean) - densitatea de aşezare a icircncărcăturii icircn cuptor (tm3) - cantitatea de rebuturi icircn timpul arderii ()
Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relaţia
III2undeL ndash lungimea cuptorului (m)l ndash lăţimea cuptorului (m)h ndash icircnălţimea cuptorului (m)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420235
De obicei lăţimea şi icircnălţimea cuptoarelor tunnel se stabilesc icircn funcţie de destinaţia lor respective de tipul şi dimensiumile produsului supus arderiiSe adoptă l=12m h=056mProductivitatea cuptorului se stabileşte prin bilanţul de materiale Din bilanţul de materiale rezultă că pentru operaţia de ardere se impune o productivitate de 20tzi produs finit ceea ce reprezintă
- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere
- indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezintă numărul total de ore de funcţionare al cuptorului icircntr-un an
G ndash densitatea de aşezare a icircncărcăturii se determină calculacircnd greutatea materialului aflat icircntr-un m3 volum util al cuptoruluiSemifabricatele se introduc la ardere aşezate pe plăci din material refractar de dimensiuni
m numărul de piese pe o placă fiind de 128 aşezate icircn 8 racircnduri a cacircte 16 bucăţi fiecare
III3
- greutatea produselor de pe o placă (t)
- volumul cuptorului afferent unei plăci (m3)
Icircn cazul de faţă cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile icircn urma arderii se evidenţiază prin operaţia de sortare care la icircntocmirea bilanţului de materiale s-a calculate separateDin relaţia III1 prin icircnlocuirea valorilor se obţine
Lungimea cuptorului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420236
(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

transferului de căldură sunt arzătoarele de mare viteză Aceasta au un domeniu foarte larg de reglare şi se pot acorda perfect cu particularităţile materialului supus arderii
I13 Zona de răcire este ultima etapă importantă a procesului termotehnologic Răcirea se face cu aer din care o parte se utilizează la arderea combustibilului iar restul se extrage din zona de răcire şi se recirculă icircn zona de preicircncălzire Răcirea se realizează direct prin curentul de aer care trece peste produse schimbul de căldură făcicircndu-se prin convecţie Pentru a asigura mişcarea gazelor prin cuptor cu viteze bine stabilite trebuie să se realizeze diferenţele de presiune necesare Icircn zona de ardere presiunea trebuie să fie cacirct mai aproape de presiunea mediului icircnconjurător Icircn zona de preicircncălzire şi răcire pot apărea depresiuni şi suprapresiuni dar mărimea lor să nu depăşească icircn general 50-60 Nm2 Transportul produselor prin cuptor se va face pe role produsele fiind aşezate pe plăci refractare uşoare ce icircnaintează prin cuptor pe role acţionate printr-un sistem de lanţuri şi roţi dinţate Rolele sunt piese ceramice speciale cu miez din oţel refractar Gazele de ardere circulă ătacirct deasupra produselor cacirct şi sub role astfel icircncacirct transferul termic se realizează pe o suprafaţă mai mare a produsului Alegerea acestui tip de transport asigură economisire de spaţiu icircn comparaţie cu sistemul cu vagoneţi şi se reduce şi consumul de combustibil
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420233
II Calculul mineralogic a masei crude
II1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Se poate calcula plecacircnd de la compoziţia oxidică a masei crudeCaolin Aghireş = 2149Caolin Zettlitz = 2636Nisip = 2170Feldspat = 3045Total = 100
Productivitatea este 7000 tan (20 tzi)Din bilanţul de material se constata că la operaţia de ardere se introduceM=2390 tzi Materialul ieşit este N=2222 tzi Pierderi la calcinare p2=655 pierderi de umiditate ΔU1=0005M
Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Materialul anhidru Mrsquo=(1-0005)=0995MPierderi la calcinare p2=( p2100) Mrsquo=0995(655100)M=00652M
Bilanţ general de operaţieM=N+ ΔU1+ p2=2222+0005M+00652M09298M=2222M= 2390 tzi rarr 23900kgzip2=155828 tziMrsquo=13586 tziΔU1=01195 tziL= 22762 tziLrsquo=1138 tziMs=material solid
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420234
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
Apa conţinută de materiile prime
III Proiectarea cuptorului tunel cu role
Proiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spaţiului de lucru util al cuptorului realizarea bilanţului termic şi determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs Pentru aceasta sunt necesare date referitoare asupra produsului tipul de produs ceramic compoziţia mineralogică forma şi dimensiunile precum şi tratamentul termic necesar
III1 Predimensionarea
Are scopul de a determina dimensiunile spaţiului de lucru al cuptorului Valorile obţinute vor fi definitive numai după verificarea termotehnologicăVolumul util al cuptorului se determină cu relaţia
III1
Icircn care
- volumul util al cuptorului - producţia anuală a cuptorului (tan) - durata ciclului de ardere (ore)
- indicele extensive de funcţionare al cuptorului (orean) - densitatea de aşezare a icircncărcăturii icircn cuptor (tm3) - cantitatea de rebuturi icircn timpul arderii ()
Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relaţia
III2undeL ndash lungimea cuptorului (m)l ndash lăţimea cuptorului (m)h ndash icircnălţimea cuptorului (m)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420235
De obicei lăţimea şi icircnălţimea cuptoarelor tunnel se stabilesc icircn funcţie de destinaţia lor respective de tipul şi dimensiumile produsului supus arderiiSe adoptă l=12m h=056mProductivitatea cuptorului se stabileşte prin bilanţul de materiale Din bilanţul de materiale rezultă că pentru operaţia de ardere se impune o productivitate de 20tzi produs finit ceea ce reprezintă
- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere
- indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezintă numărul total de ore de funcţionare al cuptorului icircntr-un an
G ndash densitatea de aşezare a icircncărcăturii se determină calculacircnd greutatea materialului aflat icircntr-un m3 volum util al cuptoruluiSemifabricatele se introduc la ardere aşezate pe plăci din material refractar de dimensiuni
m numărul de piese pe o placă fiind de 128 aşezate icircn 8 racircnduri a cacircte 16 bucăţi fiecare
III3
- greutatea produselor de pe o placă (t)
- volumul cuptorului afferent unei plăci (m3)
Icircn cazul de faţă cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile icircn urma arderii se evidenţiază prin operaţia de sortare care la icircntocmirea bilanţului de materiale s-a calculate separateDin relaţia III1 prin icircnlocuirea valorilor se obţine
Lungimea cuptorului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420236
(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

II Calculul mineralogic a masei crude
II1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Se poate calcula plecacircnd de la compoziţia oxidică a masei crudeCaolin Aghireş = 2149Caolin Zettlitz = 2636Nisip = 2170Feldspat = 3045Total = 100
Productivitatea este 7000 tan (20 tzi)Din bilanţul de material se constata că la operaţia de ardere se introduceM=2390 tzi Materialul ieşit este N=2222 tzi Pierderi la calcinare p2=655 pierderi de umiditate ΔU1=0005M
Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Materialul anhidru Mrsquo=(1-0005)=0995MPierderi la calcinare p2=( p2100) Mrsquo=0995(655100)M=00652M
Bilanţ general de operaţieM=N+ ΔU1+ p2=2222+0005M+00652M09298M=2222M= 2390 tzi rarr 23900kgzip2=155828 tziMrsquo=13586 tziΔU1=01195 tziL= 22762 tziLrsquo=1138 tziMs=material solid
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420234
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
Apa conţinută de materiile prime
III Proiectarea cuptorului tunel cu role
Proiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spaţiului de lucru util al cuptorului realizarea bilanţului termic şi determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs Pentru aceasta sunt necesare date referitoare asupra produsului tipul de produs ceramic compoziţia mineralogică forma şi dimensiunile precum şi tratamentul termic necesar
III1 Predimensionarea
Are scopul de a determina dimensiunile spaţiului de lucru al cuptorului Valorile obţinute vor fi definitive numai după verificarea termotehnologicăVolumul util al cuptorului se determină cu relaţia
III1
Icircn care
- volumul util al cuptorului - producţia anuală a cuptorului (tan) - durata ciclului de ardere (ore)
- indicele extensive de funcţionare al cuptorului (orean) - densitatea de aşezare a icircncărcăturii icircn cuptor (tm3) - cantitatea de rebuturi icircn timpul arderii ()
Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relaţia
III2undeL ndash lungimea cuptorului (m)l ndash lăţimea cuptorului (m)h ndash icircnălţimea cuptorului (m)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420235
De obicei lăţimea şi icircnălţimea cuptoarelor tunnel se stabilesc icircn funcţie de destinaţia lor respective de tipul şi dimensiumile produsului supus arderiiSe adoptă l=12m h=056mProductivitatea cuptorului se stabileşte prin bilanţul de materiale Din bilanţul de materiale rezultă că pentru operaţia de ardere se impune o productivitate de 20tzi produs finit ceea ce reprezintă
- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere
- indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezintă numărul total de ore de funcţionare al cuptorului icircntr-un an
G ndash densitatea de aşezare a icircncărcăturii se determină calculacircnd greutatea materialului aflat icircntr-un m3 volum util al cuptoruluiSemifabricatele se introduc la ardere aşezate pe plăci din material refractar de dimensiuni
m numărul de piese pe o placă fiind de 128 aşezate icircn 8 racircnduri a cacircte 16 bucăţi fiecare
III3
- greutatea produselor de pe o placă (t)
- volumul cuptorului afferent unei plăci (m3)
Icircn cazul de faţă cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile icircn urma arderii se evidenţiază prin operaţia de sortare care la icircntocmirea bilanţului de materiale s-a calculate separateDin relaţia III1 prin icircnlocuirea valorilor se obţine
Lungimea cuptorului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420236
(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

Apa conţinută de materiile prime
III Proiectarea cuptorului tunel cu role
Proiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spaţiului de lucru util al cuptorului realizarea bilanţului termic şi determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs Pentru aceasta sunt necesare date referitoare asupra produsului tipul de produs ceramic compoziţia mineralogică forma şi dimensiunile precum şi tratamentul termic necesar
III1 Predimensionarea
Are scopul de a determina dimensiunile spaţiului de lucru al cuptorului Valorile obţinute vor fi definitive numai după verificarea termotehnologicăVolumul util al cuptorului se determină cu relaţia
III1
Icircn care
- volumul util al cuptorului - producţia anuală a cuptorului (tan) - durata ciclului de ardere (ore)
- indicele extensive de funcţionare al cuptorului (orean) - densitatea de aşezare a icircncărcăturii icircn cuptor (tm3) - cantitatea de rebuturi icircn timpul arderii ()
Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relaţia
III2undeL ndash lungimea cuptorului (m)l ndash lăţimea cuptorului (m)h ndash icircnălţimea cuptorului (m)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420235
De obicei lăţimea şi icircnălţimea cuptoarelor tunnel se stabilesc icircn funcţie de destinaţia lor respective de tipul şi dimensiumile produsului supus arderiiSe adoptă l=12m h=056mProductivitatea cuptorului se stabileşte prin bilanţul de materiale Din bilanţul de materiale rezultă că pentru operaţia de ardere se impune o productivitate de 20tzi produs finit ceea ce reprezintă
- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere
- indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezintă numărul total de ore de funcţionare al cuptorului icircntr-un an
G ndash densitatea de aşezare a icircncărcăturii se determină calculacircnd greutatea materialului aflat icircntr-un m3 volum util al cuptoruluiSemifabricatele se introduc la ardere aşezate pe plăci din material refractar de dimensiuni
m numărul de piese pe o placă fiind de 128 aşezate icircn 8 racircnduri a cacircte 16 bucăţi fiecare
III3
- greutatea produselor de pe o placă (t)
- volumul cuptorului afferent unei plăci (m3)
Icircn cazul de faţă cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile icircn urma arderii se evidenţiază prin operaţia de sortare care la icircntocmirea bilanţului de materiale s-a calculate separateDin relaţia III1 prin icircnlocuirea valorilor se obţine
Lungimea cuptorului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420236
(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

De obicei lăţimea şi icircnălţimea cuptoarelor tunnel se stabilesc icircn funcţie de destinaţia lor respective de tipul şi dimensiumile produsului supus arderiiSe adoptă l=12m h=056mProductivitatea cuptorului se stabileşte prin bilanţul de materiale Din bilanţul de materiale rezultă că pentru operaţia de ardere se impune o productivitate de 20tzi produs finit ceea ce reprezintă
- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere
- indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezintă numărul total de ore de funcţionare al cuptorului icircntr-un an
G ndash densitatea de aşezare a icircncărcăturii se determină calculacircnd greutatea materialului aflat icircntr-un m3 volum util al cuptoruluiSemifabricatele se introduc la ardere aşezate pe plăci din material refractar de dimensiuni
m numărul de piese pe o placă fiind de 128 aşezate icircn 8 racircnduri a cacircte 16 bucăţi fiecare
III3
- greutatea produselor de pe o placă (t)
- volumul cuptorului afferent unei plăci (m3)
Icircn cazul de faţă cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile icircn urma arderii se evidenţiază prin operaţia de sortare care la icircntocmirea bilanţului de materiale s-a calculate separateDin relaţia III1 prin icircnlocuirea valorilor se obţine
Lungimea cuptorului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420236
(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

(m)
Icircn urma calculului de predimensionare s-au stabilit următoarele dimensiuni pentru spaţiul de lucru Din cauza lungimii a cuptorului considerăm că arderea are loc icircn două cuptoare şi din cauza aceasta lungimea cuptorului va fi jumătateaL= 7812m l=120m h=056m
III2 Proces tehnologic şi compoziţie
III21 Procesul tehnologic cuprinde depozitarea si pregătirea materiilor prime prepararea masei ca barbotină obţinerea pudrei de presare icircnsilozare pudră fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea depozitzarea şi expedierea
III22 Compoziţii oxidice
Tabel 221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice)
Materii prime
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
5315 2970 225 033 066 022 039 107 1223
Caolin Zettlitz
4414 3682 117 urme 205 098 025 081 1378
Nisip 9697 090 050 053 020 011 015 035 029Feldspat 6881 1889 034 urme 137 021 629 339 070Compoziţia molară adoptată (formula SEGER)
Na2O-04186 Al2O3-27311 SiO2 -136722K2O -02040 Fe2O3-00778 TiO2 -00291MgO -01203CaO-02571
Ex Na2O 041866198=2594
Tabel 222 Compoziţia oxidică a produsului
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420237
Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

Oxizi SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O Σg 82156 27846 1242 232 1441 485 2594 1921 117920 6967 2361 106 020 122 041 220 163 100
x-fracţia masică de caolin Aghireşy-fracţia masică de caolin Zettlitzz-fracţia masică de nisipv-fracţia masică de feldspat SiO2 din produs icircn proporţie de 6967 este adus de cele trei materii astfelSiO2 6967=5315x + 4414z + 9697z + 6891vAl2O3 2361=2970x +3682y + 090z + 1889vFe2O3106=225x + 117y + 050z + 034vNa2O 220=039x + 025y + 015z + 629v x=02311 y=02835 z=02334 v=03275 x + y +z + v=1075510755 părţi amestec conţine02311 părţi caolin Aghireş100 părţi amestec conţinex =2149 y =2636 z =2170 v =3045
Total 100
Tabel 223 Compoziţia oxidică reală
Materii prime
icircn masă
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC
Caolin Aghireş
2149 1143 638 048 007 014 005 008 022 264
Caolin Zettlitz
2636 1163 972 030 - 054 025 006 021 363
Nisip 2170 2105 021 011 011 004 002 003 007 006Feldspat 3045 2096 575 010 - 042 006 191 103 022Masă uscată
100 6505 2206 099 018 114 038 208 153 655
Tabel 224Compoziţia oxidică a masei ()
Compoziţie SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2OMasa conf reţetei 6965 2360 106 020 122 041 223 163
Masa arsă dată 6967 2361 106 020 122 041 220 163
IV Bilanţ de materiale
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420238
IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic
Bilanţ de materiale ndashDEPOZITARE PRODUS 20 tzi
Bilanţ de materiale-AMBALARE 20 tzi
20 tzi
Bilanţ de materiale-SORTARE ( P=10 ) 222 tzi P=22 tzi 20 tzi
Bilanţ de materiale-ARDERE ( PC=655 ) u=05 2390 tzi PC=155 tzi
u=01 222 tzi ΔU1=01195 tzi
Bilanţ de materiale-GLAZURARE Glazura=1138 tzi 22762 tzi u=05 2390 tzi u=05
Bilanţ de materiale ndashUSCARE ( P=2) 250077 tzi u=7 ΔU2=163673 tzi P=05 tzi
22762 tzi u=05
Bilanţ de materiale- PRESARE ( P=2)
25518 tzi u=7 P=051 tzi
250077 tzi u=7
Bilanţ de materiale- DEPOZITARE
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 210420239
DEPOZITARE
AMBALARE
SORTARE
ARDERE
GLAZURARE
USCARE
PRESARE
25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

25518 tzi
25518 tzi
Bilanţ de materiale- ATOMIZARE ( P=5)
4315 tzi u=40 P=216 tzi
ΔU3=14239 tzi
25518 tzi u=7
Bilanţ de materiale-SITARE BARBOTINĂ ( P=2)
4403 tzi u=40 P=08806 tzi
43148 u=40
Bilanţ de materiale-OMOGENIZARE BARBOTINĂ
1992 tzi 2411 tzi 1992 tzi plastice u=40 u=40 2411 tzi degresanţi u=40
4403 tzi u=40 Bilanţ de materiale-SITARE ndash DEFERIZARE- PLASTICE ( P=05)
2002 tzi u=40 P=010 tzi
1992 tzi u=40
Bilanţ de materiale- SITARE ndashDEFERIZARE -DEGRESANŢI ( P=05) 2423 tzi u=40 P=012 tzi
2411 tzi u=40
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202310
DEPOZITARE
ATOMIZARE
SITARE BARBOTINĂ
OMOGENIZARE BARBOTINĂ
4403 tzi
SITARE
SITARE
Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

Bilanţ de materiale-DELEIERE ( P=8) 8704 tzi apă u=5 721 tzi 721 tzi caolin Zumed 8704 tzi 674 tzi caolin A umed 674 tzi
u=8
u=40 P=174 tzi
P
2002 tzi u=40
Bilanţ de materiale-CONCASARE ( P=2) 688 tzi
P=01375 tzi 674 tzi
Bilanţ de materiale-MĂCINARE umedă ( P=2) 796 tzi caolinZ umed 943 tzi apă de diluare 805 tzi 0744 tzi u=5 606 tzi nisip umed u=3 606 tzi 943 tzi 805 tzi feldspat umed u=3
u=40
P=05 tzi
2423 tzi u=40
Bilanţ general de materiale pe icircntregul flux tehnologic
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202311
DELEIERE
2276 tzi
CONCASARE
MĂCINARE
2473 tzi
Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

Pentru productivitatea liniei tehnologice luată icircn studiu P=20 tzi ceramică tehnică se consumă 688 tzi caolin Aghireş umed 796 tzi caolin Zettlitz umed 606 tzi nisip umed 805 tzi feldspat umed 18134 tzi apă
4723 tzi + 1138 tzi glazură
Total 4837 tzi Pierderile totale P=ΣPi+PC +ΣΔU P=10378 tziPierderi+Productivitate=5875 tzi
V Calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale
V1 Compoziţia mineralogică a masei crude
Din bilanţul de materiale pe operaţii se constată că la operaţia de ardere se introduce M=2390 tzi Glazura Lrsquo L uL=05 Lrsquo=005L uLrsquo=40
M uM=05 ΔU1 PC=655
N uN=01 P=10
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202312
GLAZURARE
ARDERE
SORTARE
O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

O
M=2390 tzi=23900 kgziL=22762 tziMs-material solidMs=L-Lmiddot05100=22648 tziApa din materiile primeAMs=01132 tziLrsquo=1138 tzi
Glazura G G=Lrsquo-Lrsquomiddot40100=06828 tzi
Apa de glazură AG
AG=Lrsquomiddot40100=04552 tzi
-MS=22648 tzi -glazura G=06828 tzi -apa din -AMS=01132 tzi -AG=04552 tzi Σ=2390 tzi Total apă 05684 tzi
Iesiri de la ardere 222 tzi N 05684 tzi ΔU1
11116 tzi PC
Σ=2390 tziConsumul specific pentru operaţia de ardere se determină astfel
Consumul de material care intră la ardere Km=MN=23902222=1075 kg materialkg produs
Consumul de material solid KMS=MSN=22642222=1019 kg materialkg produs
Consumul de apă Kapă=apăN=056842222=00255 kg apă kg produs
Consumul de glazură KG=GN=068282222=00307 kg glazurăkg produs Verificare
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202313
Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

Km=KMS + Kapă + KG =1019 + 00255 + 00307 = 10752 kg material kg produsMS =2264 tziSCASCZSNSF 1002149CA2636CZ2170N3045F
SCA = 2264middot2149100 = 4865 tziSCZ = 2264middot2636100 = 5968 tzi SN = 2264middot2170100 = 4913 tziSF = 2264middot3045100 = 68938 tzi
Consumul specific al fiecărei materii prime
KCA = SCAN = 02189KCZ = SCZN = 02685KN = SNN = 02211KF = SF N = 031025
Σ=10187 kg material solid kg produs
V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime
A Caolin Aghireş
1 Caolinit AS2H2(Al2O3 middot2SiO2 middot2H2O) - Al2O3
MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O
MAS2H2=102+120+36=258 kgkmol
258 kg AS2H2 102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCA middot297100y kg SiO2z kg H2O
02189middot297100=0065x=01644 kg AS2H2
y=00765 kg SiO2
z=00229 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202314
5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

5315100middot02189-y = 00398 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg COx kg CaCO3 KCA middot066100yCO2
02189middot066100=000144 kg CaOx=000258 kg CaCO3
y=0001135 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCA middot022100y kg CO2
02189middot022100=00004816 kg MgOx=000101 kg MgCO3
y=000053 kg CO2 din MgCO3
5Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCA middot039100y kg CO2
02189middot039100=0000853 kg Na2Ox=000146 kg Na2CO3
y=0000606 kg CO2
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202315
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCA middot107100y kg CO2
02189middot107100=00023422 kg K2Ox=000344 kg K2CO3
y=000161 kg CO2
7 TiO2
02189middot033100=000072237 kg TiO2
8 H2O
z=00229 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCA middot225100y kg CO2
02189middot225100=0004925 kg Fe2O3
x=000899 kg Fe2(CO3)3
y=000742 kg CO2
10 CO2
000742+ 000161 0000606 000053 0001135
0011301 kg CO2
PC=02189middot1223100=00267 kg
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202316
B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

B Caolin Zettlitz
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KCZ middot3682100y kg SiO2z kg H2O
02685middot3682100=009886 kg Al2O3
x=025 kg AS2H2
y=01163 kg SiO2
z=00349 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02685middot4414100-y=01185-01163=0002216 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KCZ middot205100y kg CO2
02685middot205100=00055 kg CaOx=000983 kg CaCO3
y=000433 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KCZ middot098100y kg CO2
02685middot098100=00026313 kg MgOx= 000553 kg MgCO3
y= 00029 kg CO2 din MgCO3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202317
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KCZ middot025100y kg CO2
02685middot025100=000067125 kg Na2Ox= 000115 kg Na2CO3
y= 0000476 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KCZ middot081100y kg CO2
02685middot081100=0002175 kg K2Ox=00032 kg K2CO3
y=000102 kg CO2
7TiO2 ndashurme
8 H2O z = 00349 kg H2O
9Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KCZ middot117100y kg CO2
02685middot117100=00031415 kg Fe2O3
x=000573 kg Fe2(CO3)3
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202318
y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

y=00026 kg CO2
10 Dioxid de carbon
00026+000102+0000476+000433+00029=0011326 kg CO2
PC=02685middot1378100=03699 kg
C Nisip
1 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2O x kg AS2H2 KN middot090100y kg SiO2z kg H2O
02211middot090100=0002 kg Al2O3
x=0005033 kg AS2H2
y=0002341 kg SiO2
z=0000702 kg H2O
2 Cuarţ - SiO2
02211middot9697100-y=021206 kg SiO2 din cuarţ
3 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
x kg CaCO3KN middot020100y kg CO2
02211middot020100=00004422 kg CaOx=000079 kg CaCO3
y=000035 kg CO2 din CaCO3
4 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202319
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KN middot011100y kg CO2
02211middot011100= 000024 kg MgOx= 000051 kg MgCO3
y= 0000267 kg CO2 din MgCO3
5 Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O
Na2CO3rarr Na2O+ CO2
MNa2CO3=106 kg kmol
106 kg Na2CO362 kg Na2O44 kg CO2
x kg Na2CO3 KN middot015100y kg CO2
02211middot015100=0000332 kg Na2Ox= 0000567 kg Na2CO3
y= 0000235 kg CO2 din Na2CO3
6 Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O
K2CO3rarr K2O+ CO2
MK2CO3=138 kg kmol
138 kg K2CO394 kg K2O 44 kg CO2
x kg K2CO3 KN middot035100y kg CO2
02211middot035100=0000774 kg K2Ox=000114 kg K2CO3
y=0000362 kg CO2
7TiO2
02211middot053100=0001172 kg TiO2
8H2O
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202320
z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

z = 0000702 kg H2O
9 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KN middot050100y kg CO2
02211middot050100=00011 kg Fe2O3
x=000202 kg Fe2(CO3)3
y=0000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3
10 Dioxid de carbon
0000912+0000362+0000235+0000267+000035= 0002126 kg CO2
PC=02211middot029100=00006412 kg
D Feldspat
1 Feldspat sodic NAS6
M NAS6=524 kgkmol
524 kg NAS662 kg NaO2102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg NAS6KF middot629100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot629100=00195 kg NaO2
x=0165 kg NAS6
y=00321 kg Al2O3
z=01133 kg SiO2
2Feldspat potasic KAS6
M KAS6=556 kgkmol
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202321
556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

556 kg KAS694 kg K2O102 kg Al2O36middot60 kg SiO2
x kg KAS6KF middot339100y kg Al2O3z kg SiO2
03103middot339100=001052 kg K2Ox=006221 kg KAS6
y=0011412 kg Al2O3
z=004028 kg SiO2
3 Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3
258 kg AS2H2102 kg Al2O3120 kg SiO236 kg H2Ox kg AS2H2 KF middot1889100 ndash(00355+00126)y kg SiO2z kg H2O
03103middot1889100 ndash(0011412+00321)=00151 kg Al2O3
x=00382 kg AS2H2
y=001776 kg SiO2
z=000533 kg H2O
4 Cuarţ - SiO2
03103middot6881100 - 001776 - 004028 - 01133=004214 kg SiO2
5 Carbonat de fier Fe2(CO3)3
Fe2(CO3)3rarrFe2O3+3CO2
MFe2(CO3)3=292 kgkmol
292kg Fe2(CO3)3160 kg Fe2O33middot44 kg CO2
x kg Fe2(CO3)3 KF middot034100y kg CO2
03103middot034100=000105 kg Fe2O3
x=000193 kg Fe2(CO3)3
y=000087 kg CO2 din Fe2(CO3)3
6 Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO
CaCO3rarrCaO +CO2
MCaCO3=100 kg kmol
100 kg CaCO356 kg CaO44 kg CO2
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202322
x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

x kg CaCO3KF middot137100y kg CO2
03103middot137100=000425 kg CaOx=00076 kg CaCO3
y=000334 kg CO2 din CaCO3
7 Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO
MgCO3rarrMgO+CO2 MMgCO3=84 kg kmol
84 kg MgCO340 kg MgO44 kg CO2
x kg MgCO3 KF middot021100y kg CO2
03103middot021100= 000065 kg MgOx= 000137 kg MgCO3
y= 00007167 kg CO2 din MgCO3
8 TiO2 ndashurme
9 Dioxid de carbon
00007167+000344+000087 =000503 kg CO2
10 H2O
z=000533 kg H2O
PC=03103middot07100 =0002172 kg
Tabel V21 Compoziţie mineralogică
i CA CZ N F TotalKi 02189 02685 02211 03103 10188
AS2H2 01644 025 0005033 00382 04576
SiO2 00398 0002216 021206 004214 02962
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202323
CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului 39IX Bibliografie 42X Anexe 43
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202345
- Ex Na2O 041866198=2594
-

CaCO3 00026 000983 000079 00076 002082
MgCO3 000101 000553 000051 000137 000842
Na2CO3 00015 000115 0000567 - 0003217
K2CO3 000344 00032 000114 - 000778
Fe2(CO3)3 000899 000573 000202 000193 001867
TiO2 000072 - 0001172 - 0001892
KAS6 - - - 006221 006221
NAS6 - - - 0165 0165
H2O 00229 00349 0000702 000533 0063832
CO2 0011301 0011326 0002126 000503 0029783
V3 Calculul auxiliarelor de ardere
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprod kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs
V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze
KC-consumul specific de combustibil (Nm3 combkg produs)Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Arderea se realizează concomitent (monoardere) cu aer atmosferic cu exces de aer λ=115 Aerul folosit pentru combustie este 20 aer primar introdus la 20 degC icircn arzător iar ca aer secundar se foloseşte aer din zona de răcire Restul aerului de răcire se va recircula icircn zona de preicircncălzire ( se recuperează căldura)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202324
Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu următoarea compoziţie96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 cu puterea calorifică inferioară Hi=36620 kJm3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
C2H6 + 72O2 rarr2 CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 rarr 3CO2 + 4H2O
Omin=2middot096+72middot002+5middot001=204 Nm3 O2 Nm3 combOreal= λmiddotOmin
Oreal =115middot204=2346 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal=Oreal+376middotOreal
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 combAp=20100middot Areal middotKC=02middot11167middotKC=2233middotKC Nm3kg prod
Kaer=2233middotKC+ Arăcire
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 combVN2=05100+376middot Oreal=0005+3762346=8826 Nm3 Nm3 combVO2ex=Oreal-Omin
VO2ex=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=846 y=1658 z=7245 t=251
V41Calculul real de aer de răcire
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202325
Q primit aer=Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) =Vaermiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Vaer=11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kgVaer= Arăcire
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
V5 Cantitatea de combustibile intrate
Kc =consumul specific de combustibil Nm3 combkg produs
V6 Cantitatea de produs ieşit (pentru care se calculează bilanţul)
1 kg produs
V7 Cantitatea de auxiliare ieşite
Kax =G placăG prod de pe placă= VplacămiddotρplacăNprodmiddotGprodusului kg auxkg produs
Kax=1middot05middot0001middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produsV8 Cantitatea de aer recirculat - Var
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167 middotKc=1336ndash89336middotKc Nm3kg prod
V9 Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202326
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
VI Bilanţul termic al cuptorului
ΣQintrat=ΣQieşit
VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic
Q1=Σmimiddotcimiddot Δθi kJkg prod
mi-masa fiecărui mineral component ici-căldura specifică a mineralului i kJkgdegCΔθi-temperaturile cu care se introduc mineralele icircn cuptor 20degC
Q1=[04576middot0918+02962middot077+002082middot0821+000842middot0921+0003217middot0942++(001867+0001892+006221+0165)middot0921+003070866+00255middot15]middot20==1938127 Q1=1938 kJkg produs
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202327
VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere
Q2=KaxmiddotCaxmiddotΔθax
Kax=GplacăNprodmiddotgprod
Kax=00005middot2800128middot0250=004375 kg auxkg produs Cax=093+00003middott=0936 kJkgmiddotgrad
Kax-consumul specific de auxiliare de ardereCax-reprezintă căldura specifică a auxiliarelor de ardere
Q2=004375middot0936middot20=0819 kJkg
VI13 Căldura introdusă cu combustibilul
Sursa de căldură folosită pentru icircncălzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu următoarea compoziţie 96 CH4 2 C2H6 1 C3H8 05 N2 05 CO2 exprimată icircn procente volumiceQ3=KcmiddotCcmiddotΔθax+KcmiddotHi kJkg 5 Cc=ΣCimiddotVi=1985(096+002+001)+1295middot0005+1641middot0005=198 kJNm3
i=1
Q3=Kcmiddot198middot20+ Kcmiddot36620=366596middot Kc kJkg
VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie
Q4=KaermiddotCaermiddotΔθaer kJkg
Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aerkg produs)Kaer=Aprimar+Arăcire (Nm3kg produs)
Aprimar=20100middotArealmiddotKC
Kaer=20100middotArealmiddotKC +Arăcire
Areal=Oreal+376middotOreal
Oreal= λmiddotOmin
Omin=096middot2+002middot72+001middot5=204 Nm3 O2 Nm3 comb
Areal= λmiddotOmin+ λmiddot 376middotOmin=476middot λmiddotOmin
Areal=476middot115middot204=11167 Nm3 aer Nm3 comb
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202328
Q cedat produs=Q primit aer
Q cedat produs=mmiddotCpmiddotΔθp=1 kgmiddot(Cp1200middot1200-Cp
100middot100)
Q primit aer= Arăciremiddot(Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =(Cp1200middot1200-Cp
100middot100) (Caer700middot700- Caer
20middot20)
Arăcire =11340middot(1200-100)(13710middot700-12976middot20)=1336 Nm3kg
Kaer=2233middotKC+1336 Nm3 aerkg produs
Q4=(2233middotKC+1336)middot12976middot20=5795middotKC+34672 kJkg
ΣQi=2146+0819+366596middot Kc +5795middotKC+34672
ΣQi=3671755KC+5695 kJkg
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor
VI21 Căldura ieşită cu produsul
Q1rsquo=mpmiddotCpmiddotΔθpieşire kJkg
Q1rsquo=1middot1134middot100=1134 kJkg
VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere
Q2rsquo=KaxmiddotCaxmiddot Δθauxieşire kJkg
Q2rsquo=004375middot09303middot100=407 kJkg
VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+Vaer recirculatmiddotCaer middotΔθg
ieşire+Vgaze tehnologicemiddotCgmiddotΔθgieşire
Vgaze tehnologice se neglijează icircn acest caz Vaer recirculat=Vr-08middotAreal middotKc
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202329
Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2
VCO2=1middot096+2middot002+3middot001=103 Nm3 Nm3 combVCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=103+0005=1035 Nm3 Nm3 comb
VH2O=2middot096+3middot002+4middot001=202 Nm3 Nm3 comb
VN2=05100+376middot Oreal=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 combVN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0005+8821=8826 Nm3 Nm3 comb
VO2=Oreal-Omin
VO2=2346-204=0306 Nm3 Nm3 comb
Vg=103+202+8826+0306=12182 Nm3 Nm3 comb
12182103 CO2202 H2O8826 N20306 O2ex
100xyzt
x=850 CO2 y=1657 H2O z=7242 N2 t=251 O2
x=0085 CO2 y=0165 H2O z=0724 N2 t=0025 O2
Cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=1377 kJNm3
Adoptăm o temperatură de ieşire a gazelor de ardere de 200 ordmC
Q3rsquo=Kc middotVg middotC gmiddot Δθgieşire+( Vr-08middotAreal middotKc ) middotCaer middotΔθg
ieşire
Q3rsquo= Kc middot12182middot1377middot200+(1336-08middot11167 middotKc)middot1307middot200=335492middot Kc+34923-233524middotKc =34923+101968middotKc
Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului
1 20-100ordmC -icircncălzirea materialului
q1=[04576middot0946+02962middot0781+002082middot0841+000842middot0948+00032middot1030++000778middot0980+(001867+00019+006221+0165)middot0921+00255middot1513+00307middot0901]middot(100-20)=
=79608 kJkg prod
2 100 ordmC -evaporarea apei fizice
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202330
q2=00255middot2258=57579 kJkg prod
3 100-450 ordmC -icircncălzirea materialului
q3=[04576middot1073+02962middot09+002082middot0955+00084middot1069+00032middot1163+000778middot1120+(001867+00019+006221+0165)middot0931+00307middot0985]middot(450-100)=
= 370946 kJkg prod
4 450 ordmC -deshidratarea caolinitului
q4=04576middot933=4269408 kJkg prod
5 450-600 ordmC -icircncălzirea materialului
q5=[03938middot1012+02962middot1036+002082middot1058+000842middot112+0003217middot133++000778middot122+(001867+00019+006221+0165)middot0953+00307middot1066]middot(600ndash450)=
=1529216 kJkg prod
6 600 ordmC -descompunerea MgCO3
q6=000842middot1395=11746 kJkg prod
7 800 ordmC -descompunerea CaCO3
q8=002082middot1395=29044 kJkg prod
8 600-1050 ordmC -icircncălzirea materialului
q7=[03938middot1064+02962middot1092+0011660882+000401middot112+0003217middot143++000778middot130+(001867+00019+006221+0165)middot1006+00307middot1097]middot(1050--600)=
=4747 kJkg prod
9 1050 ordmC -formarea mulitului
q9=15100middot03938middot(-79732)= ndash471 kJkg prod
10 1050 ordmC -topirea feldspatului
q10=02737middot383=10482 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202331
11 1050-1300 ordmC -icircncălzirea materialului
q11=1middot1135middot(1300ndash1050)=28375 kJkg prod
12 1300 ordmC -topirea glazurii şi a altor componente ale masei
q12=00307middot310=9517 kJkg prodq12=0400525=210 kJkg prod
13 1300-100 ordmC -răcirea produsului
q13=1middot1131middot(100ndash1300)= ndash13572 kJkg prod T
Total 8072724 kJkg prod
Q4rsquo=8072724 kJkg prod
VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră
Calculul cantităţilor de căldură pierdute icircn mediul icircnconjurător se face cu ajutorul relaţiei
Q5rsquo=kmiddotAmiddot(tpindashta) VI21
kndashcoeficient total de transmitere a căldurii (Wm2middotordmC)Andasharia suprafeţei peretelui respectiv a bolţii şi vetrei icircn zona de temperatură constantă (m)tpindash temperatura la faţa interioară a peretelui respectiv a bolţii şi vetrei (temperatură egală cu cea a materialului) (ordmC)tandashtemperatura aerului icircn hala unde este instalat cuptorul (ordmC) (ta=20 ordmC icircn zonele de preicircncălzire şi răcire ta=40 ordmC icircn zona de ardere)
Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu relaţia
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202332
VI22λindashconductivitatea termică medie a materialului (Wmmiddotgrad)δindashgrosimea materialului (m)
Coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie liberă şi radiaţie α poate fi calculat cu următoarele relaţii ndashpentru boltă şi vatră (perete orizontal)
α=94+0057te
ndashpentru pereţi laterali (verticali) α=71+0057te
tendashtemperatura exterioară a cuptorului
Calculul pierderilor de căldură se face pe zone corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului Lungimea zonei se determină cu ajutorul diagramei de ardere
Cantitatea de căldură pierdută icircn W va fi transformată icircn kJ prin intermediul relaţiei W=Js respectiv cantitatea de căldură exprimată icircn kJ va fi raportată la 1kg de produs ştiind că pentru fiecare interval de temperatură avem g =1282025L kg podus
Q5rsquo=850106 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202333
Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră
Intervalul de temp
(ordmC)
tmed
(ordmC)
L
(m)
Pereţii laterali Bolta şi vatra Total
(kjkg)
Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută Aria
(m2)
k
(Wm2middotordmC)
tpindashta
(ordmC)
Căldura pierdută
(W) (kjkg) (W) (kjkg)
20-100
100-450
450-600
600-800
800-1050
1050-1300
1300-800
800-400
400-100
60
275
525
700
925
1175
1050
600
250
193
5423
2307
325
6187
20185
13
1073
15278
21616
607
2584
364
693
22607
1456
12018
1711
0425
0558
0565
0625
0369
0525
0369
0592
0542
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
3675
86370
73728
1547
22631
13471
542637
41265
259661
0317
7463
63705
13367
19554
116397
46887
35655
22436
4632
1302
5537
78
1485
4844
312
25752
36667
0457
0568
0573
0635
0372
0530
0372
0601
0550
40
255
505
680
885
1135
1010
580
280
84673
188582
160221
336804
4888917
29139
117225
897663
564672
0732
16295
13844
29102
42243
25178
10129
77563
488
105
23758
20215
4247
61797
36818
14818
11322
71236
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202334
VI26Calculul consumului specific de combustibil
Cu valorile calculate pentru căldurile intrate şi ieşite din cuptor se icircntocmeşte bilanţul termic şi se determină consumul specific de combustibil
Călduri intrate Călduri ieşite
1 cu materialul 1 cu produsul Q1=1938 kJkg Q1rsquo=1134 kJkg
2 cu auxiliarele 2 cu auxiliareleQ2=0819 kJkg Q2rsquo=407 kJkg
3 cu combustibilul 3 cu gazele de ardere Q3=366596middot Kc kJkg Q3rsquo=34923+101968middotKc kJkg prod
4 cu aerul 4 căldura consumată pt trans mp icircn prod Q4=5795middotKC+34672 kJkg Q4rsquo=8072724 kJkg prod
5 căldura pierdută prin pereţi boltă şi vatră Q5rsquo=850106 kJkg prod
ΣQi=3671755Kc+54871 kJkg ΣQe=212408+101968middotKc kJkg ΣQi=ΣQe
Kc=006188 Nm3kg prod
Consumul specific de combustibil real va fi mai mare decacirct cel calculat deoarece icircn timpul procesului de ardere există pierderi de căldură Consideracircnd randamentul focarului η=085 consumul specific de combustibil va fi
Kcr= η Kc
Kcr=006188085=00728 Nm3kg prod
KcrmiddotHi=00728middot36620=2666 kJkg prod
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202335
VII Verificarea termotehnologică
Se realizează prin determinarea fluxului de căldură primit de material icircn fiecare etapă a procesului de ardere Valorile obţinute din calculul de transfer termic se compară cu valorile necesare de căldură determinate la formarea produsului şi trebuie să fie mai mari decacirct acestea Icircn caz contrar materialul nu va primi suficientă căldură pentru a se realiza toate transformările din masa sa deci predimensionarea nu s-a realizat corect Calculul de predimensionare se reia reducacircndu-se gradul de icircncărcare al cuptorului sau viteza de icircnaintare a produselor icircn cuptor
Pentru determinarea fluxului termic primit de material icircn fiecare etapă este necesară determinarea temperaturii gazelor de ardere
VII1 Determinarea temperaturii gazelor
Se realizează calculacircnd bilanţuri termice parţiale pe fiecare zonă termică a procesului
Interval de temperatură
˚C
Căldura sensibilă a
materialelor
Căldura sensibilă a
auxiliarelor
Căldura consumată
pentru transformări
Pierderi de căldură icircn exterior
Total etapăkJkg
20-100 79608 335 5758 105 q1= 14159100-450 370946 1594 42694 2376 q2= 83759450-600 15292 6435 11746 20215 q3= 191316600-1050 4747 21087 ndash471
1048229044
104267 q4= 686818
1050-1300 28375 11055 9517210
36818 q5= 882502
1300-100 ndash13572 -68112 - 332636 q6= ndash109268 VII2 Bilanţul zonei de răcire
Aportul de căldură din zona de răcire este preluat de aerul de răcire care se icircncălzeşteTemperatura finală a aerului se determină din relaţia
q6=Vrmiddotcrmiddottr
tr= q6(Vrmiddotcr) Căldura specifică a aerului depinde de temperatură care nu se cunoaşte şi se presupune o valoare pentru tr se determină cr pentru acestă valoare şi se recalculează temperatura Dacă icircntre valoarea presupusă şi cea calculată nu există diferenţă valoarea presupusă se adoptă Icircn caz contrar se propune o nouă valoare pentru temperatură şi se reia calcululSe presupune tr=600 ordmC cr= 1356
tr=109268(1336middot1356)=603 ordmC
Temperatura aerului la ieşire din zona de răcire este de 600 ordmC
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202336
VII3 Bilanţul zonei de ardere
Icircn zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce icircn amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de răcireGazele rezultate icircn urma arderii vor prelua icircntreaga cantitate de căldură degajată Aceasta provine din căldura introdusă de combustibil şi de aerul de combustie
Qintrat =Kcmiddot(Hi+ccmiddotΔθc)+KcmiddotArealmiddot(02middotcap20Δθap+08middotcasmiddotΔθas)
Căldura preluată de gaze va duce la creşterea temperaturii acestora
Qg=Vg middotKcmiddotcgmiddotθg
Egalacircnd cele două relaţii
θg=
Presupunem θgV = 2180 ordmC
cg=0085middot2444+0165middot1994+0724middot1493+0025middot158= 1657 kJNm3middot ordmC
θg=
Adoptăm temperatura presupusă de 2180 ordmCIcircn zona de ardere gazele cedează căldură materialului astfel icircncacirct temperatura acestora
va scădea Pentru a calcula temperatura gazelor la ieşire din zona de ardere determinăm cantitatea de căldură rămasă după ce sndashau acoperit toate consumurile
QIV=QV ndash q5
QVndash căldura gazelor la ordonata V (la intrare icircn zona de ardere)QIVndash căldura gazelor la ordonata IV (la ieşire din zona 5)q5ndash consumul de căldură icircn zona de ardere
QV=1218200618 16572180=271948 kJkg
QIV=271948 ndash 882502=183698 kJkg
θgIV= QIV(Vg middotKcmiddotcg)
Presupunem θgIV =1530 ordmCŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 21042023
(Hi+cc middotΔθc)+Arealmiddot(02middotcap20middotΔθap+08middotcasmiddotΔθas)
Vgmiddotcg
(36620+19820)+11167middot(02middot1297middot20+08middot1356middot600) = 2180 ordmC
12182middot1657
37
cg=0085middot2341+0165middot1859+0724middot1447+0025middot1531= 15916 kJNm3middot ordmC
θgIV=183698(121820061815916)=153308 ordmC
QIII = QIV ndash q4 + Qar
Qar = Var casmiddotΔθas
Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 08middotArealmiddotKc
Var=1336-08middot11167middotKc=1336ndash89336middot00618=0783 Nm3kg prod Qar =07831356middot600=637 kJkg
QIII =183698ndash68682+637 =178716 kJkg
θgIII= QIII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgIII =780 ordmCcg=0085middot21224+0165middot16226+0724middot13644+0025middot14468= 14721 kJNm3middot ordmC
θgIII=178716(121820061814721+0783 15114)=77935 ordmC QII = QIII ndash q3
QII =178716ndash191316=159584 kJkg
θgII= QII (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgII =700 ordmCcg=0085middot2088+0165middot1641+0724middot1354+0025middot1434=14644 kJNm3middot ordmC
θgII=159584(121820061814644+0783 1486)=704 ordmC
QI = QII ndash q2
QI =159584ndash83759=75825 kJkg
θgI= QI (VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Presupunem θgI =280 ordmCcg=0085middot18478+0165middot1538+0724middot1356+0025middot13518=14263 kJNm3middot ordmC
θgI=75825(121820061814263+0783 1998)=287 ordmC
QI ndash q1=75825ndash14159=61666 kJkg
θg ieşire= (QI ndash q1)(VgmiddotKcmiddotcg + Varmiddotca)
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202338
θg ieşire presupus 200 ordmC
cg=0085middot1787+0165middot1522+0724middot13+0025middot1335=13776 kJNm3middot ordmC
θg ieşire=61666(121820061813776+0783 2307)=216 ordmC
θg ieşire=216 ordmC
VIII Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru verificarea termotehnologică se calculează fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată Cantitatea de căldură primită de material se compară cu cantitatea necesară pentru toate transformările fizicondashchimice din această etapăDacă cantitatea de căldură primită de material este mai mare sau cel puţin egală cu necesarul de căldură calculul de proiectare realizat este corect
Fluxul de căldură primit de material icircn etapa considerată se calculează cu relaţia
Q=qiM=αAΔtm (kW)
qindash consumul specific de căldură pentru etapă (kJkg)Mndash debitul de material (kgs)αndash coeficientul de transfer termic care se determină cu relaţia
α= αconvecţie+ αradiaţie (Wm2 ordmC)
Andash aria suprafeţei de transfer termic (m2)Δtmndash diferenţa mediei logaritmică icircntre temperaturile gazului şi a materialului (ordmC)
tgndashtm= ndash (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului
Pentru zona V
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202339
Qnec5 = Mmiddotq5
M = 129184 kg111352 s = 01160 kgsL = 20185 m
Qnec5 = 01160middot882502 = 10238 kW
Qtransmis = αAΔtm
L5 = 20185 m =gt N = 516736 produse icircn zona 5
A5 = NmiddotAprodus= Nmiddot(2πRG+πR2) = = 516736middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 507047 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (1300ndash1050)[ln(2180ndash1050)(2180ndash1300)] = 1000 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot129184056middot12middot12middot3600 = 00335 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor5ndashVmaterial5 = L5middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN5 = = 20185middot056middot12ndash314middot00252middot005middot516736 = 13057 m3
de = 4middot13057507047 = 103 m
α = 0687middot(0033508103033) middot(2180)025 = 1 Wm2 ordmC
Qtransmis = 1middot507047middot1000 = 507047 kW gt 10238 kW
Pentru zona IIŞtiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202340
Qnec2 = Mmiddotq2
M = 34707 kg299238 s = 0116 kgsL = 5423 m
Qnec2 = 0116middot83759 = 97148 kW
Qtransmis = αAΔtm
L2 = 5423 m =gt N = 138829 produse icircn zona 2
A2 = NmiddotAprodus= N middot(2πRG+πR2) = = 138829 middot(2middot314middot0025middot005+314middot00252) = 2205536 m2
tgndashtm = (tmfndashtmi)[ln(tgndashtmi)(tgndashtmf)]
tgndashtm = (450ndash100)[ln(700ndash100)(700ndash450)] = 39978 ordmC
W0 = VgmiddotKcmiddotPhmiddotl =12182middot006188middot347072 056middot12middot12middot3600 = 0009013 ms
de = 4VA
Vgoluri = Vcuptor2ndashVmaterial2 = L2middothmiddotlndashπmiddotR2middotGmiddotN2 = = 5423middot056middot12ndash314middot00252middot005middot138829 =3508 m3
de = 4middot350822055 = 0636 m
α = 0687middot(0009013080636033) middot(700)025 =014 Wm2 ordmC
Qtransmis = 014middot22055middot39978 = 123440 kW gt 97148 kW
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202341
IX Bibliografie
L Literat L Gagea F Goga E Mirică E OlariundashCeramică tehnică Principii de calcul şi proiectare Ed Casa Cărţii de Ştiinţă 2001
I Teoreanu ndash Calcule de operaţii utilaje şi instalaţii termotehnologice din industria silicaţilor Ed Didactică şi pedagogică Bucureşti
Anexe
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202342
Fig 1 Circulaţia materialului şi gazelor icircn cuptorul tunel 2Tabel III221Compoziţia oxidică a materiilor prime ( masice) 7Tabel III222 Compoziţia oxidică a produsului 8Tabel III223 Compoziţia oxidică reală 8Tabel III224Compoziţia oxidică a masei () 8Tabel V21 Compoziţie mineralogică 24Tabel VI1 Calculul pierderilor de căldură prin pereţi boltă şi vatră 34Fig 2 Diagramă de ardere 46
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202343
Cuprins
I Elemente introductive 1I1 Cuptoare cu funcţionare continuă 1
I11 Zona de preicircncălzire 2I12 Zona de ardere 2I13 Zona de răcire 3
II Calculul mineralogic a masei crude 4II1 Compoziţia mineralogică a masei crude 4
III Proiectarea cuptorului tunel cu role 5III1 Predimensionarea 5III2 Proces tehnologic şi compoziţie 7
III21 Procesul tehnologic cuprinde 7III22 Compoziţii oxidice 7
IV Bilanţ de materiale 9IV1 Bilanţuri de materiale pe operaţiile fluxului tehnologic 9
V calculul compoziţiei mineralogice a amestecului de materiale 13V1 compoziţia mineralogică a masei crude 13V2 Compoziţia mineralogică a materiilor prime 15V3 Calculul auxiliarelor de ardere 25V4Calculul aerului necesar combustiei şi volumele de gaze 25
V41Calculul real de aer de răcire 26V5 Cantitatea de combustibile intrate 26V6 Cantitatea de produs ieşit 26V7 Cantitatea de auxiliare ieşite 26V8 Cantitatea de aer recirculat - Var 27V9 Cantitatea gazelor de ardere 27
VI Bilanţul termic al cuptorului 28VI1 Calculul căldurilor intrate icircn cuptor 28
VI11 Căldura intrată cu materialul supus tratamentului termic 28VI12 Căldura intrată cu auxiliarele de ardere 28VI13 Căldura introdusă cu combustibilul 28VI14 Căldura intrată cu aerul de combustie 29
VI2 Calculul cantităţilor de căldură ieşite din cuptor 30VI21 Căldura ieşită cu produsul 30VI22 Căldura ieşită cu auxiliarele de ardere 30VI23 Căldura ieşită cu gazele de ardere 30VI24 Căldura consumată pentru formarea produsului 31VI25 Căldura pierdută icircn exterior prin pereţi boltă şi vatră 32VI26Calculul consumului specific de combustibil 35
Ştiinţa şi ingineria materialelor oxidice 2104202344
VII Verificarea termotehnologică 36VII1 Determinarea temperaturii gazelor 36VII2 Bilanţul zonei de răcire 36VII3 Bilanţul zonei de ardere 37
VIII Calculul termot