- •Г.И. Горбунов
- •Процессы и аппараты
- •Технологии строительных материалов
- •(Основные понятия, термины и определения)
- •Предисловие
- •1. Вводная часть
- •1.1.Основные составляющие технологического процесса
- •1.2. Основные понятия, термины и определения в технологии строительных материалов
- •1.3. Условия протекания процессов
- •Классификация гетерогенных систем по агрегатному состоянию дисперсной среды и дисперсной фазы
- •1.4. Основные характеристики просессов
- •2. Методы изучения процессов в технологии строительных материалов
- •2.1. Общие положения и классификация медодов изучения процессов
- •2.2. Основные понятия, термины и определения
- •3. Механические процессы и аппараты
- •3.1. Основные понятия, процессы и явления
- •Влияние размера и количества второй (меньшей) фракции на плотность упаковки
- •Условие повышения плотности при 2-х фракционном составе
- •Значения коэффициента размолоспособности некотороых строительных материалов в зависимости от твердости
- •3.2. Механизмы и устройства
- •4. Гидромеханические процессы
- •4.1. Основные понятия гидромеханики
- •4.2. Основные процессы и явления
- •4.3. Аппараты, механизмы и установки
- •5. Тепло- и массообменные процессы
- •5.1 Тепловые процессы
- •5.2. Массообменные процессы
- •5.3. Тепло-и массообменные аппараты и установки
- •6. Физико-химические термины, процессы и явления
- •Оглавление
- •Эксплуатационно-технические свойства
- •Эстетические характеристики материалов
4.2. Основные процессы и явления
Аэрация – процесс воздухововлечения с целью увеличения газопроницаемости, пустотности или сыпучести сухих смесей. Воздухововлечение бетонных смесей позволяет создать резервную пористось и повысить морозостойкость бетонных изделий. А. – один из способов пенообразования в технологии пенобетона.
Барботаж (от франц. barboter – шлепать по грязи, плескаться) - энергичное перемешивание (гомогенизация) глинистой суспензии и других вязко-текучих смесей в воде.
Вакуумирование (бетона) – искусственное удаление (отсос) избыточной воды из бетонной смеси после укладки и уплотнении её в опалубке. В.б. осуществляется с помощью щитов (имеющих т.н. вакуум-полости), к-рыми покрывают забетонированную конструкцию. В результате разрежения, создаваемого вакуумным насосом, щиты прижимаются к поверхности бетона и из него отсасывается вода. Вакуумирование способствует ускорению нарастания прочности бетона, сокращению периода выдержки его до распалубки, повышению морозостойкости, снижению расхода цемента.
Вальцевание – способ обработки металлов давлением в ковочных вальцах для получения изделий периодического профиля.
Вибрация (от лат. Vibrаtio – колебание) – механические колебания, возбуждаемые вибраторами и служат для выполнения различных технологических операций, напр. виброперемешивание, виброуплотнение, виброформование и пр.
Вибрирование – технологическая операция, предназначенная для интесификации перемешивания или уплотнения различных смесей.
Гидротранспорт – способ перемещения жидких сред, в виде текучих или вязкопластичных систем (растворных и бетонных смесей, шлама, шликера и пр.) от пункта их производства до места утилизации. Механизм движения жидкостей при гидротранспорте в зависимости от направления потока базируется на основных положениях внутренней, внешней и смешанной задачах гидродинамики.
Гомогенизация – процесс перемешивания (смешения) направленный на получение смесей с равномерным распределением компонентов.
Гранулирование (от лат. granulum – зёрнышко) процесс придания веществу формы (часто окатанной) мелких кусков – гранул. Г. улучшат технол. свойства вещества, обеспечивает возможность использования его мелкими порциями, фракциями, предотвращает слипание, облегчает его дозирование, погрузку и транспортировку. Применяется в пром-сти строительных материалов (технол. операция), металлургии (Г. шлаков, расплавов), энергетики (Г. котельных шлаков), хим. пром-сти (Г. стекла, аммиачной селитры, суперфосфатов) и т.д.
Литьё – процесс формование изделий из текучих и вязкотекучих смесей (бетонные смеси, керамические шликеры, силикатные расплавы, расплавы металов и др.) Л. применеяется в технологии бетона, керамики, стекла, металлов и пр.
Осадок – слой твёрдой дисперсионной фазы, образующийся в результатете процесса отстаивания, центифугировния и фильтрации суспензии.
Осаждение – процесс разделения смесей, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы дисперсной фазы отделяются от сплошной фазы.
Процесс осаждения представляет собой движения твёрдых частиц в среде жидкости (газа) в поле действия гравитации или совместного действия сил тяжести и цетробежных сил. В зависимости от концентации дисперсной фазы и условий осаждения различают свободное осаждение, когда движущиеся частицы не сталкиваются и стеснённое, когда скорость осаждения замедляется в результате соприкосновении частиц друг с другом и стенками аппарата.
Отстаивание – процесс разделения неоднородных смесей в поле действия сил гравитации. При отстаивании наблюдается постепенное увеличение концетрации диспергирующих частиц в аппарате по направлению сверху вниз. Над слоем осадка образуется зона сгущённой суспензии, в которой происходит стеснённое осаждение частиц, сопровождающееся трением между частицами и их взаимными столкновениями (см. Осаждение). При этом частицы мелких размеров тормозят движение более крупных, а частицы больших размеров увлекают за собой мелкие частицы, ускоряя их движение. В результате наблюдается тенденция к сближению скоростей осаждения частиц различных размеров; возникает солидарное осаждение частиц с близкими скоростями в каждом сечении аппарата, но различными скоростями по его высоте. Постепенное уплотнение обусловлено уменьшением скорости частиц по мере приближения к днищу аппарата. Замедление объясняется тормозящим действием жидкости, вытесняемой осаждающимися частицами и движущейся от днища в направлении, обратном движению частиц. Результатом отстаивания является образование осадка и осветвлённой жидкости над ним.
Перемешивание – процесс многократного перемещения частиц неоднородной текучей среды относительно друг друга во всем объеме аппарата, протекающий за счет импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа.
Перемешивание - технологический процесс, направленный на получение однородных смесей и интенсификацию тепловых, массообменных и химических процессов.
По функциональному назначению П. осуществляются с целью: гомогенизации многокомпонентных систем (бетонные и растворные смеси, керамические массы и др. сыпучие и пластичные смеси); структурообразования (например. вспенивание, минерализация вспененых масс); улучшения условий протекания хим., тепловых и массообменных процессов. По состоянию исходных компонентов различают П.: сухих сыпучих компонетов; вязко-пластичных формовочных масс; отливочных масс (литьевые смеси, шликеры, шламы, волокнистые гидромассы и др.). По способу П. и конструктивным особенностям аппарата различают: механические (лопастные, вибрационные, шнековые, барабанные механизмы); пневмотические (пневмосмесители); цируляционные (связаны с пересыпкой смесей).
Основными характеристиками процесса П. являются интенсивность (характер и кинетика протекания процесса) и эффективность (характеристика результата процесса).
Интенсивность П. (I) связана с объёмом перемешиванием смеси (V) за единицу времени (τ) и затраченной энергией (U) I=U/Vτ и обуславливает характер движения (течения) смеси. Эффективность П. или результат процесса определяется качеством полученной смеси. т.е. равномерностью распределения компонетов смеси (степенью её однородности).
В зависимости от состояния смеси, характера процесса и типа аппарата П. может рассматриваться как механический, гидромеханический или массобменный процесс.
Перемешивание пневматическое – процесс перемешивания вязкотекучих смесей газом или воздухом. П.п. используют для перемешивания жидких сред повышенной хим. активности, разрушающих рабочие органы механических смесителей. Перемешивание сжатым газомпроводят в аппаратах, снабжённым специальным устройством – барботёром или центральной циркуляционной трубой. Принцип П.п. заключается в следующем: сжатый газ подаётся в циркуляционную перфорированную трубу; пузырьки газа увлекают за собой вверх по трубе жидкость, находящуюся в сосуде, к-рая затем опускается вниз в кольцевое пространство между трубой и стенками аппарата, обеспечивая циркуляционное перемешивание.
Пневмотранспорт – процесс перемещения сыпучих сред (цемент, шлак, зола, керамический порошок и пр.) на значтельное расстояние с помощью энергии сжатого воздуха. Механизм прцесса транспорта сыпучих смесей базируется на основных положениях гидродинамики.
Основные параметры пневмотранспорта: – направление потока (горизонтальное, вертикальное и наклонное); – концнетрация твердой фазы (от 0,03 до 0,12 и выше м³ на м³воздуха); – размер частиц (пылевидные d<1 мм, кусковые d>1 мм); – давление в системе (Р), связанное с коэффициентом сопротвления потоку, видом течения потока (Rе) и коэффициентом формы частиц. Принцип подачи энергии: - нагнетательнй или всасывающий.
Прессование – технологический процесс обработки различных материалов давлением на прессах. В технологии строительных материалов П – основная технологическая операция (формование), в рез. осуществения которой малосвязная сыпучая смесь (порошок) превращается в полуфабрикат (сырец), имеющий плотную зернистую структуры определенные размеры, форму и основные признаки твердого тела. В зависимости от влажности смеси и типа пресса различают сухое, полусухое, жесткое и пластическое, вакуум-пластическое и гидростатическое П.
Пропитка – процесс внедрения жидких сред в капиллярнопористое тело или волокнообразную массу с целью придания им зашитных свойств (напр. антипиренов в древесину) или повышения жесткости системы (напр. связующего в минеральную вату).
Псевдоожижение (от греч. pséudos – ложь, обман) – превращение слоя сыпучего зернистого материала под воздействием на него ожижающего агента (газа или жидкости) в малоустойчивое равновесное состояние (витание), зависящее от сылы давления потока, силы сопротивления зернистого слоя и силы тяжести частиц.
Размучивание – имельчение относительно мягких сырьевых материалов (глина, мел, мергель) путём интенсивного перемешивания в водной среде. Р. применяется при мокром способе поготовки сырья. В результате Р. образуются высококонцентрированные, стойкие водные суспезии, шламы, шликер и пр. Основное оборудование для Р.: болтушки, шламбассейны, мельницы самоизмельчения (см. «Гидрофол»).
Сальтация – скачкообразное движение твёрдой фазы в потоке жидкости. Возникает при низкой критической скорости потока в гидротранспоте.
Сгущение – операция выделения из суспензии (шламов, пульпы) твёрдых частиц. В результате С. обычно образуются 2 продукта с различными концентрациями твёрдой фазы (меньшей и большей чем концентрация исходной суспензии). С. осуществляется под действием гравитационых сил в сгустителях, отстойниках, закрытых водоёмах и под действием центробежных сил гидроциклонах и ценрифугах.
Седиментация (от лат. sedimentum – оседание) – расслоение дисперсных систем под действием силы тяжести с отделением дисперсной фазы в виде осадка. Пример – оседание взвешенных в жидкости твёрдых частиц. С. используется при классификации порошков (см. Седиментационный анализ) и обогащении полезных ископаемых, а также в ряде др. произ-в. Осуществяется с помощью отстойников, классификаторов, сепараторов, центробежных машин и др.
Сепарация (от позднелат. separatio – отделение) – процесс отделения жидких или твёрдых частиц от газа, твёрдых – от жидкости; разделение на составные части жидких или твёрдых смесей.
Срыв потока – отделение потока газа или жидкости, обтекающего тела, от его поверхности вследствие отрыва пограничного слоя. Срыв потока сопровождается возникновением вихрей, увеличением сопротивления, уменьшением подъемной силы и др.
Фильтрование – процесс разделения неоднородных смесей с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твёрдые частицы. Ф. осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путём осаждения.
Фильтраты – продукты разделения смесей в результате процесса фильтрования.
Формование – технологический процесс (операция), направленный на получения сырца заданной формы, размеров, плотной или пористой структуры. Основной технологический передел необходимый для готового изделия. Существует большое кол-во способов формования, которые могут быть объедены в две группы:
способы формования изделий плотной структуры – основаны на приципе уплотнении формовочных масс путём движения твёрдой фазы в упруго-вязкой среде (прессование, виброформование, центрифугирование и их разновидности);
способы формования пористых изделий – основаны на принципе разупотнения (поризации) формовочных масс, путём движения газовой фазы (пузырьков воздуха) в вязко-текучей жидкости (вспучивание, фибровспучивание, вспенивание и их разновидности).
Формование способом литья в специальные формы можно разделить также на две группы: - без отделения жидкой фазы (бетоны из подвижных смесей, сан.-тех керамика из литьевых шликеров и др.) – с отделением жидкой фазы (ДВП и ДСП, минераловатные изделия и асбесто-цементные изделия).
Фугаты – продукты разделения смесей в результате процесса цетрифугирования.
Центрифугирование – процесс разделения неоднородных систем (эмульсий и суспензий) в поле центробежных сил с использованием сплошных сред или проницаемых для жидкости перегородок. Ц. проводятся в устройствах, называемых центрифугами. Под действием центробежных сил смесь (суспензия) разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него.
Разделение смесей по принципу остстаивания называют сепарацией, а устройство – отстойной центрифугой или сепаратором. При этом различают процессы центробежного осветления и центробежного отстаивания. В первом случае из жидкости удаляются твердые примеси, содержащиеся в ней в незначительном количестве, например при осветлении лаков и смазочныз масел. Во втором случае разделяется суспензия, в большом количестве содержащая твердую фазу, в частности суспензия угля в воде.
Разделение суспензий по принципу фильтрования называют центробежным фильтрованием, а устройство – фильтрующей центрифугой.
Прцессы Ц. осуществляются периодически или непрерывно.
Центробежная сила – выражается равенством:
С = mw2/r = Gw2/gr, (1)
где С – ценртобежн. сила, Н; m – масса вращающегося тела, кг; G – вес вращающегося тела, Н; w – окружная скорость вращения, м.
w=ωr=(2πn/60)r, (2)
где ω – угловая скорость вращения, рад/с; п – число оборотов в мин.
Сопоставляя равенства, найдем:
С =(G/gr)(2πnr/60)2 или С ≈ Grn2/900 (3)
Из выражения следует, что увеличение числа оборотов ротора значительно больше влияет на ценробежные силы, чем увеличение диаметра ротора центрифуги. Из равенства (1) видно, что ускорение в поле центробежных сил составляет ω2/r . Отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести g называют фактором разделения: Кр = ω2/gr
Экструзия – технологический процесс переработки полимерных материалов и глиняных масс, осуществляемых в экструдерах.