книги / Процессы и аппараты в технологии строительных материалов

цесса. Это может быть сделано на основании выбранного в конкретных условиях критерия оптимальности.

В зависимости от цели проектируемого производства критерии оптимальности могут быть различными.

Выбор критерия оптимальности зависит от конкретной цели проектирования. Сравнивая различные варианты структуры проектируемого производства по выбранному критерию оптимальности, проектировщик и должен решить вопрос о конкретной структурной схеме производства.

Cтруктурная модель производства может измениться при изменении способа осуществления любой из операций.

Целесообразность выбора способа осуществления операций должна определяться теми же критериями оптимальности, что

ипри решении вопроса о схеме всей технологической линии. Так, независимо от структурной схемы всей технологической линии, могут быть разработаны различные схемы приготовления бетонной смеси. Выбор этой схемы также диктуется соображениями оптимальности технологии.

Каждая технологическая операция представляет собой совокупность нескольких элементарных процессов.

Измельчение (дробление и помол) – складывается только из механических процессов. Нагреванием за счет трения в большинстве случаев можно пренебречь. Перемешивание – соединение объемов различных веществ с целью получения однородной смеси (гомогенизация). Вообще говоря, для смешивания применяются аппараты с мешалками.

Смешивание – сложная операция, включающая элементарные процессы механического перемещения материала, гидромеханические процессы и процессы массообмена, а в ряде случаев – и теплообмена.

Элементарные процессы, происходящие при смешивании, описываются критериальными уравнениями, получаемыми в результате анализа экспериментальных данных или методом анализа размерностей.

Формование – придание сырьевой смеси заданной формы

иструктуры. Включает механический, гидродинамический, теплообменныйимассообменныйпроцессы.Осуществляетсяспомощью литья, пластического (экструзионного), сухого (полусухого)

91

прессования, с помощью механической обработки. Формование описывается критериальными уравнениями, получаемыми на основе анализа экспериментальных данных.

Тепловая обработка – пропаривание, автоклавирование, обжиг. Слагается из теплообменных, массообменных и гидродинамических процессов. В зависимости от температуры и давления в тепловойобработкепреобладаюттеплопроводность,конвекционныйили лучистый теплообмен. Процессы, протекающие при тепловой обработке, описываются критериальными уравнениями, получаемыми аналитически, эмпирически и методом анализа размерностей.

Важным средством повышения эффективности технологических операций и всего технологического процесса в целом является автоматизация процессов и аппаратов технологии строительных материалов. По степени автоматизации различают: дистанционный контроль с дистанционном автоматическим управлением, дистанционный контроль с ручным управлением, автоблокировку.

Технологическиезакономерности,имеющиеместоприосуществлении технологического процесса, являются исходными данными для составления схемы-задания на автоматизацию. В схеме-задании предусматривается степень автоматизации, измеряемые и контролируемые параметры процесса или аппарата, точки установки датчиков,показывающихприборов,обслуживающихприспособлений.

Основные термины и понятия

Технологический процесс – совокупность элементарных процессов, которые протекают в ходе отдельных операций.

Технологическая операция – часть технологического процесса,направленнаянаизменениесвойствсырьевыхматериалов(или их состояния) при помощи ряда воздействий на эти материалы.

Основная операция – операция, оказывающая воздействие на состав, структуру и свойства предмета производства. В технологии строительныхматериаловтакимиоперациямиявляютсяизмельчение, классификация,смешивание,формование,тепловаяобработкаит.д.

Вспомогательные операции – операции, предназначенные для подготовки предмета производства или основных аппаратов к выполнению основных операций: дозирование, транспортировка, чистка и смазка форм, подготовка арматурных каркасов и т.п.

92

Обслуживающие операции – операции, поддерживающие в рабочем состоянии аппараты, необходимые для осуществления основных и вспомогательных операций. Таковыми операциями являются ремонт оборудования, доставка сырьевых материалов, обслуживание контрольно-измерительной аппаратуры и т.п.

Функциональная модель – модель технологического процесса, отображающая его функции через функции основных и вспомогательных операций, – функциональная схема производства.

Структурная модель – модель технологического процесса, отображающая его пространственную структуру и организацию последовательности основных и вспомогательных операций во времени, – структурная схема производства.

Измельчение – процесс разделения кусков материала на части за счетдеформациииобразованияновыхсвободныхповерхностей.

Классификация – разделение зернистого сыпучего материала на классы по крупности.

Смешивание – соединение объемов различных веществ с целью получения однородной смеси (гомогенизация).

Насосный эффект – перемещениe жидкости вдоль оси мешалки при смешивании.

Ключевой компонент – выделенный компонент в составе смеси, экспериментальное определение концентрации которого наиболее простоидоступноиспользуетсядляоценкикачествасмеси.

Коэффициент вариации – статистически значимая величина однородности концентрации ключевого компонента в различных пробах смеси. Кроме коэффициента вариации используют другие статистические характеристики однородности: мера рассеяния, степень смешивания, стандартное отклонение, критерий однородности, коэффициент изменчивости, относительная дисперсия, интенсивностьсегрегации,меранеупорядоченности(термины,встречающиесявлитературедляобозначениякачестваперемешивания).

Формование – получение из любого материала, не имеющего формы, изделий заданной формы и структуры.

Мокроеформование–литье–заполнениеобъема-формысво- бодно растекающейся жидкой сырьевой смесью, которая повторяет форму объема за счет гравитационных сил и поверхностного натяжения жидкости. После заполнения объема в залитой сырьевой массе самопроизвольно или под влиянием внешних

93

воздействий (тепла, радиации и т.п.) протекают процессы, приводящие к затвердеванию смеси. Таким способом формуют бетон- ныесмеси,древесно-клеевыекомпозиции,керамику,пластмассы. Различают литье свободное и литье под давлением.

Пластическое формование – формование для производства изделий изсуспензий,пастирасплавов.Основанонапластическомтечении формуемой массы, представляющей собой чаще всего неньютоновскую жидкость. В промышленности строительных материалов пластическоеформованиеприменяетсявпроизводствекерамических изделий,изделийизпластмасс,бетонныхирастворныхсмесейит.п.

Сухое формование – формование из порошков, сыпучих мелкозернистых смесей путем одноосного или многостороннего сжатия в пресс-форме. Таким способом формуют пластмассы, силикатный, реже – керамический кирпич, керамические плитки и другие материалы.

Агрегативная устойчивость – способность дисперсной сис-

темыдолгоевремясуществоватьбеззаметногослипания–агрера- ции или коагуляции – частиц. Если агрегация (коагуляция) происходит быстро, то система агрегативно неустойчива. Большинство формуемых масс в промышленности строительных материалов являются агрегативно неустойчивыми.

Сушка – процесс удаления влаги из материала.

Влажность – содержание влаги в материале. Возможны следующие виды влаги в строительных материалах: ионная влага (молекулярная влага) – химически связанная; адсорбционная влага – электростатически связанная; структурная влага – захваченная при образовании гелевидных структур; влага микрокапилляров, удерживаемая за счет капиллярного движения; влага смачивания, удерживаемая силами поверхностного натяжения; в разных материалах существует одна или несколько форм связи влаги с твердым веществом.

Пропаривание – тепловая обработка изделий при атмосферном давлении и высокой влажности окружающего изделие воздуха. Применяется для ускорения твердения изделий из бетонов и других содержащих портландцемент композиций.

Автоклавирование – тепловая обработка изделий при давлении выше атмосферного в атмосфере насыщенного водяного пара.

94

Используется для ускорения твердения изделий из известково-си- ликатных и других композиций. Осуществляется в автоклавах.

Обжиг – высокотемпературное воздействие на сырьевую смесь или сформованное изделие с целью вызвать глубокие изменения состава и структуры материала.

Плавление – обжиг сырьевых смесей (шихт) для получения расплавов с заданными свойствами – получение стекла, изделий из шлаков, горных пород, ситаллов.

Спекание – обжиг с образованием расплава для придания конечному продукту производства заданных свойств: керамические изделия, портландцементный клинкер и т.п.

Твердофазовое спекание – обжиг сырьевых компонентов без образования расплава с целью придания продукту обжига свойств, необходимых для последующей переработки: получение извести, гипса, магнезиальных вяжущих.

Автоматизация–оснащениетехнологическихустановок(аппа- ратов) системами автоматического контроля, сигнализации, защиты механизмов,системамиуправленияирегулированияпроцессов.

Степень автоматизации – степень замены человека-опера- тора приборами контроля и регулирования. Различают:

Дистанционный контроль – определение значений параметров процессаилиаппаратаспомощьюдатчиковивыводизмеренныхпараметровнашкалыконтрольных(демонстрационных)приборов; Дистанционное управление – изменение параметров процес-

са или аппарата в желаемом направлении с помощью сервисных устройств, но с участием управляющего человека-оператора, который сампринимаетрешение о необходимости таких изменений на основании показаний приборов.

Автоматическое управление – дистанционный контроль всочетаниисдистанционнымуправлением,нобезучастиячеловекаоператора. Принятие решений о необходимости изменения параметров процесса или аппарата и о величине этого изменения осуществляеткомпьютериливыполняющееегорольдругоеустройство.

Автоблокировка – автоматическое аварийное отключение аппарата (остановка процесса) при превышении нагрузки аппарата допустимых значений или при других опасных нарушения режима протекания процесса.

95