硅酸盐工业热工基础作业答案 2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件 tw1=1300C tw2=300C δ=450mm F=10 m 2
胸墙的平均温度 Tav ＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav ＝＋ x800＝1。48w/
Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=（1300－300）/=4
2－2 解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁
由Q=t ?/R 或q=t ?/Rt 知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行
单值条件 δ1＝40mm δ2=250mm λ1= λ2=m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=++δ3/λ3
若仅有红砖（两层） Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/+δ3/λ3 Rt1=?+=δ/
得 δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm 。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件 δ＝230mm R1= Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=
3-3
- R2=R1+δ=
当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln
21d d =1.080.85
因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁
当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav ＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。
2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁
单值条件 λ1＝50W/m 。C λ2＝ W/m 。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量
Q=( Tw1-Tw2)X2π/(12131122d d Ln Ln d d λλ+)=2502222.2711851375
501750.1185
X W
Ln Ln
π
=+ 若仅考虑石棉的热阻，则 Q ’=
(12)22502222.31131375220.1185
Tw Tw X X W d Ln Ln d ππ
λ-==
可见Q ≈Q ’，因而在计算中可略去钢管的热阻。 2—5解：本题属于稳定的无内热源的多层圆筒壁
若忽略交界面处的接触热阻，每单位长度通过粘土砖的热量Q1与通过红砖热量Q2相同
单值条件 d1=2m d2= d3= Tw1=1100C Tw2=80C
先假设交界处温度为600C ，则粘土转与红砖的平均导热系数
1100600
10.000580.835 1.328/.260080
2X0.000510.470.6434/.2
21(1100600)2 1.328500114076/20.29641
av X W m C av W m C
av X X Q W m
d Ln d λλλ+=
+=-===∏∏＋＝＋＝
2av2(60080)20.6434520
212802/30.16422
X X Q W m d Ln d λ-=
==∏∏
Q1与Q2相差太大，表明假设温度不正确。重新假设交界处温度620C 则:
1100620
10.8350.0058X
1.338W /.262080
20.470.0051X 0.6485/.2
m C W m C λλ+=＋＝＋＝＝＋
21(1620)2X1.338480
113614/20.29641
22(6202)20.6485540213400/30.16422Tw X Q W m
d Ln d Tw X X Q W m d Ln d λλ-=
==-===∏∏∏∏
Q1与Q2基本相等，因而交界处温度在620C 附近。 2—6 解：本题为稳定的无内热源的多层平行无限大平壁 根据一维热量方程T
Q Rth
=
∑ 其模拟电路如下
1
2
单值条件： 1.2a λ= 0.6b λ= λc ＝ λd= W/ Tw1=370C Tw2=66C
δa=25mm δb=δc=75mm δd=50mm
0.0250.2083/1.20.1a Ra C m aFa X δλ=
== 0.05
0.625/0.80.1d Rd C m dFd X δλ=== 2F Fb = 20.075 2.5/0.60.1b X Rb C W bFb X δλ=== 20.0755/0.30.1
c X Rc C W cFc X δλ===
2.55
1.667/
2.55
RbRc X Rbc C W
Rb Rc =
==++ 总热阻 2.5/12304
121.62.5R Ra Rbc Rd C W
Tw Tw Q W
R =++=-===∑∑
2-7 本题属于稳定的无内热源的单层无限大平壁 单值条件 Tw1=450C Tw2=50C q=340W/2
保温层平均导热系数12
0.0940.0001250.12525/.2
Tw Tw av X W m C
λ+=+
= q=(12)av Tw Tw λδ
- 若要使q<340,那么要求
δ(12)
0.12525400
0.147340
av Tw Tw X m q
λ+≥
=
=
保温层厚度不得小于147mm.
2-8 本题属于稳定的无内热源的多层无限大平壁 ，做法与2－6同。 根据一维热量方程 Q ＝T
R ∑
，把砌块分为三部分如图，其热阻分别为R1，R2，R3 模拟电路如下
1
3
2
气
实
单值条件：Tw1=100C Tw2=20C λ1= λ2= δ1= δ2=50mm δ3= F1=F3==2 F 气＝ m 2 F 实＝ m 2 R1＝R3＝10.0325
0.1055/10.790.39
C W F X δλ== R 气＝
20.0500.6386C /20.27X0.29W F δλ＝
＝气
R 实＝20.05
0.5276/20.79X0.12
C W F δλ=＝实
R2＝
R 0.2889/R R C W R 气实
＝气＋实
总热阻1230.50C/W R R R R =++=∑
1280
1600.5Tw Tw Q W R
-=
==∑ 2－9 本题属于稳定的有内热源球体的导热
因为球内外表面温度保持不变，因而内热源散发的热量与球体传热量Q 相同qv=Q 单值条件 d1=150mm d2=300mm λ=73W/ tw1=248C tw2=38C 根据公式2－31 3(12)1273210150300
102889675
t t d d X X X X Q X W λδ--===∏
∏
球壁内外表面中心球面半径r=1
12150300
112.52
24
d d X
mm ++== 根据公式2-29 1111
210()(12)()
0.0750.1125112481081111()()120.0750.15
X t t r r t t C r r ---=-=-=--
2-10 本题属于稳定的有内热源单层平壁的导热 。如图，以混凝土块中间层为Y 轴所在平面建立坐标系，其中间层Ｘ坐标为０，温度为Ｔ１，外壁温度为Ｔ２，Ｔ３，且Ｔ２＝Ｔ３
3
12
单值条件t1=50C t2=20C λ= qv=100W/3m
根据公式２－４０ 得到平壁内的温度分布方程221(
)12
q v t
t t x x x
t δλδ
-=-++
为求平壁内最高温度位置，对其求导，并使之为０得212
t t x qv
δ
λ
δ-=+
显然，在图中当x=0时，温度最高，因而有
122t t qv δ
λδ-=
得0.95m δ===
因为只取了混凝土厚度的一半，因而总厚度为１.９m 2-11 解：本题属于具有稳定内热源的长圆柱体的导热 单值条件 d= L=300mm U=10V tw=93C ρ=μΩ λ=
1)
钢丝电阻 R=832
0.3
70100.0261(1.610)
L
X X F
X ρ
--==Ω∏ 2) 钢丝电功率为 2100
38300.0261
U P W R =
== 3)
钢丝内热源为83
32
383015.8710/(1.610)0.3
qv X W m X X -=
=∏ 4)
求钢丝中心温度，根据式２－４３
832
215.8710(1.610)0093138.24422.5
qv X X X t tw r C X λ-=+=+=
２－１２ 解：本题属于稳定的无内热源形状不规则物体的导热
F1为物体内侧表面积，若内壁尺度分别用y1,y2,y3表示，且所有y>δ时，则整个中空长方体的核算面积为 Fx=F1+δ(y1+y2+y3)+2δ=F1+δ(y1+y2+y3)+2δ 单值条件： y1=250mm y2=150mm y3=100mm δ=230mm t1=900C t2=80C 3
31290080
0.260.23100.260.23100.3727/.22
t t X X W m C λ--++=+=+= Fx=2X(y1y1+y2y3+y1y3)+δ(y1+y2+y3)+2δ
=[2X(250X150+150X100+250X100)+(250+150+100)+]X106-
=(155000+248400+65480)X106- =2m
根据公式２－３２ Q=0.3727
(12)0.466888206200.23
Fx t t X X W λδ-==
2-13 解： 不相同，直径大的管道热损失大 本题属于稳定的无内热源的单层圆筒壁的导热
设两管子的内直径分别为d1,d2，其厚度为δ ，内外表面温度为t1,t2，导热系数为λ，已知d1 则单位长度管的传热量2(12)211(1) 11 t t t Q d Ln Ln d d λλδδ-= =++∏∏ 管２的传热量2(12)222(1) 22 t t t Q d Ln Ln d d λλδδ-==++∏∏ 因为 (1)(1)121 2 12 Ln Ln Q Q d d d d δ δ δδ > ?+ >+?< 因而直径大的管道热损失大． 2-14 设d1=10d2 则Gr1= 222 2 21000210002g d t g d t Gr ββνν??= = 因为其他各要素同，仅考虑两直径不同的影响 Nu1=0.25=0.250.25(10002)0.53 5.622 5.622Gr X Gr Nu == ad Nu λ= a=Nu d λ1 5.02210.56221102 ()Nu Nu a a d d Q a Tw Tf F λλ= ===- 1110.562102 5.622Q a tF t F tF =?=?=? 因而两管子对流换热系数之比为0。562 热损失比值5。62 2-15 解：本题属于无限空间中自然对流换热 单值条件 d= L=10m Tw=68C Tf=22C 先判断Gr 以判断流态，定性温度Tb= 6822 4522 Tw Tf C ++== 查得6217.4510/X m S ν-= Pr 0.6985= 22.810/.X W mC λ-= 另外111 (1/)273.1545318.45 K Tb β= ==+ 46T Tb Tf C ?=-= 2－16 解：本题属于无限空间中的自然对流换热 单值条件 d= Tw=450C Tf=50C 先计算Gr 以判断流态，定性温度Tw Tf 45050 Tb 250C 22 ++= == 查表得 V ＝6210m /S - Pr ＝ 24.27X10W /m.C -λ= 另外111 (1/K)Tb 273500523 β= ==+ t Tw Tf 400C ?=-= 于是有b 33 79b 262 1 9.8X X(0.3)X400 g L t 523(Gr Pr)[()Pr]X0.6778.3X1010V (40.61X10) -β?===< 故处于层流状态 查表得C ＝ n ＝1/4 定型尺寸 d= 1 2n 724 b 4.27X10X0.53a C(Gr Pr)(8.3X10)7.2(W /m )d 0.3 -λ== = 每米管道上的对流散热量为 ql a(Tw Tf )Fl 7.2X(45050)X X0.32714W/m =-=-=∏ 2－17 解：本题属于有效空间中的自然对流换热 热面在上面与下面时，其当量导热系数不同，要分别考虑 单值条件 δ＝20mm Tw1=130C Tw2=30C 1) 夹层中空气的平均温度 Tf ＝ Tw1Tw280C 2+= 11 1/K 27380353 β===+ t 13030Tw1Tw2100C ?=-=-= 2）按80C 查得空气的物性参数 23.05X10W /m.C -λ= 6 21.09X10 -ν=Pr 0.692= 3）计算Grf ＝34 262 g t 9.81X(0.02)X1001X 4.9984X10(21.09X10)353 -σβ?==ν 属于层流，且热平面在下面 4）求 e λ 1 40.25422e 0.195Gr 0.195X(4.9984X10) 2.916 e 2.916 2.916X3.05X108.89X10W /m.C --λ===λλ=λ== 5）计算对流换热量 2e 0.089q t X100445W /m 0.02 λ= ?==σ 热面在上边与上同 2－18 解：本题属于流体在管内流动时的换热 单值条件 t=20C W=s d= 查表得 22.59X10W /m.C -λ= 6215.06X10m /S -ν= 计算 6wd 1.28X0.118 Ref 1002915.06X10 -= ==ν 得 0.850.85Nuf 0.0146Ref 0.0146X(10029)34.76=== 2 Nuf 34.76X2.59X108.07W /m.C d 0.118 -λα=== 2－20 解：本体属于流体强制在管内流动时的换热 单值条件 w=10m/s d= L= Tw=150C Tf=100C 查表得 6223.13X10m /S -ν= 23.21X10N /m.C -λ= Pr ＝ Ref ＝ 6wd 10X0.05 2161723.13X10 -==ν 根据2－66 式0.80.430.25 Pr f Nuf 0.021Ref Pr f ( )Pr w =计算 0.80.430.25 0.688Nuf 0.021X21617X0.688X() 0.683 == ＝ X ＝ 因为L/d=35<50 因而查表得修正系数l 1.03ε= 得2Nuf 0.0321X52.5 a L X1.0334.7W /m .C d 0.05 λ= ε== 于是有33 10102 621 9.8346 318.15(Pr)[()Pr]0.69858.771010(17.4510) b b X X X g L t Gr X X X βν-?== => 故处于湍流状态 查表得c= n=1/3 定性尺寸 d=3m a=1 21023 2.810(Pr)0.12(8.7710) 4.98/3 -= ???=℃n b X c Gr W m d λ 2－27 1）解：根据斯蒂芬—波尔茨曼定律可求得 σ=×10-8W/2m K T 1= T 2= 0.8ε= 484211,01E E T 0.8 5.6710293.15335W/m -=ε=εσ=???= 4844222,02E E T 0.8 5.6710873.15 2.63610W/m -=ε=εσ=???=? 2)由于11220,0?=?=，平面1所辐射出的总能量全部投射在2上，反之亦然 因而J 1＝G 2，J 2＝G 1 可看作A ≈ε，因而R 10.2=-ε= 列方程组 11,0122,02 J E RG J E RG =ε+=ε+ 即 11,0222,01 J E RJ J E RJ =ε+=ε+ 化简得()11,02,01J E R E RJ =ε+ε+ G2＝J1＝1,02,032212 E R E 3350.226360 G =J = 5.8410W /m 1R 0.96 ε+ε+?==?- 同理得 4222,01J =E RJ 263600.25840 2.7510W/m ε+=+?=? 3）净辐射热量 42net1124 2 net221E J J 584027500 2.1710W /m E J J 275005840 2.1710W /m =-=-=-?=-=-=? 2－28 1）当在两平面间放置一块黑度为得蔗热板时，其净辐射热量为原来的一半 42 1.08X10W /m 4 4 24 4 2 T1273.1520E10C0 5.669X 418W /m 100100T2600273.15E20C0 5.669X 32950W /m 100100+????=== ? ?????+????=== ? ????? 其辐射网络见课本 Qnet1,2=()12E10E20ε-131?= ?31=1 ?32=1 ?23=1 1 112112 11112111111123 1332ε= = ???????? ++-+-+-++-+- ? ? ? ?εεεεεεε???????? 1130.8121 3 X420.8 ε=ε时＝ ＝ － ()()321 Qnet1,2=12E10-E20X 41832950 1.08X10W /m 3ε=-= 11 30.05122240.520.80.05 ε=ε+当时＝＝ － ()21 Qnet1,212E10E20X(41832950)803W /m 40.5 =ε= -=－ 2－29 解：裸气管放在空气中，由于所辐射的能量全部为空气吸收，因而空气可以近似看作黑体 1ε= 121?= 2F 0.3m =π 4444444T1T2Qnet1212C012F1 1001001 T1T2C0F1 11100100112121112T1T21C0F1100100440273.1510273.0.8X5.669X 100?? ????-=ε-??? ? ???????? ???????=-?? ? ?????????????+?-+?- ? ? εε???? ?? ????=ε-?? ? ????????? ++??=- ???42 15X0.31000.8X5.669X2522.3X0.310780W /m ?? ??π ?? ?????? ?=π= 2－30 1) 解：在周围安装遮热管，起到了防止热量散失的功能，其中 10.8 ε= 21ε= 30.82ε= 131 ?=321?= F20.4=π 其热阻网络结构见课本 4 2 42 T1E10C014663W /m 100T2E20C0365W /m 100??== ?????== ??? ()()()E10E20 Qnet1,2111131 21F113F13F332F3E10E20F1 213111 X 31311133 14663365X0.35783W /m 10.80.18 10.750.75X20.80.82 -= -ε-ε+++ε?ε?-= -ε-ε++?+?ε?ε-π==-+++ 解：太阳光射到平板上，平板吸收并向空气中辐射，由于平板温度恒定，因而吸收的能量与平板与空气之间的辐射换热量同 T1 为平板温度 2－31解：太阳光射到平板上，平板吸收并向空气中辐射，由于平板温度恒定，因而吸收的能量与平板与空气之间的辐射换热量同 T1 为平板温度 1）当 10.14ε= 00.90ε=时 T2＝25C 44T1T21E00C0100100?? ????ε=ε-?? ? ????????? 44T1298.150.14X7000.9X5.669100100T242C ?? ????=-?? ? ?????????=解得 2）当0.96ε= 444 4 00.95T1T22E00C0100100T1298.150.96X7000.95X5.669X 100100T1105C ε=?? ????εε?? ? ????????? ?? ?????? ? ????????? 时 ＝－＝－得＝ 3）此时白板吸收率与其黑度相同 ，二者ε值相同，计算方法同上 2－32 解：热电偶处于热平衡状态，温度恒定，它对钢管得辐射换热量与它与空气的对流换热量同 单值条件 T1＝110C T2＝220C 0.8ε＝ 2a 52.4W /m C = Tg －空气的真实温度C 热电偶与管道的辐射换热 ()Qnet12a Tg T2-=- 依题意得 Qnet12Qnet2g -=- 因而有 ()()444 4 T2T1a Tg T2C010*******.15383.1552.4Tg 2200.8X5.669100100?? ????ε?? ? ???????? ??? ???? ?? ? ? ??????? ? －＝－－＝－ 解得Tg ＝253C 253220 13253 －误差＝＝％ 第一部分发电厂热工设备介绍 热工设备（通常称热工仪表）遍布火力发电厂各个部位，用于测量各种介质的温度、压力、流量、物位、机械量等，它是保障机组安全启停、正常运行、防止误操作和处理故障等非常重要的技术装备，也是火力发电厂安全经济运行、文明生产、提高劳动生产率、减轻运行人员劳动强度必不可少的设施。 热工仪表包括检测仪表、显示仪表和控制仪表。下面我们对这些常用仪表原理、用途等进行简单介绍，便于新成员从事仪控专业工作有个大概的了解。 一、检测仪表 检测仪表是能够确定所感受的被测变量大小的仪表，根据被测变量的不同，分为温度、压力、流量、物位、机械量、成分分析仪表等。 1、温度测量仪表： 温度是表征物体冷热程度的物理量，常用仪表包括双金属温度计、热电偶、热电阻、 温度变送器。常用的产品见下图： 双金属温度计热电偶 铠装热电偶热电阻（Pt100） 端面热电阻（测量轴温）温度变送器 1）双金属温度计 原理：利用两种热膨胀不同的金属结合在一起制成的温度检测元件来测量温度的仪表。 常用规格型号：WSS-581，WSS-461；万向型抽芯式；φ100或150表盘；安装螺纹为可动外螺纹:M27×2 2）热电偶 原理：由一对不同材料的导电体组成，其一端（热端、测量端）相互连接并感受被测温度；另一端（冷端、参比端）则连接到测量装置中。根据热电效应，测量端和参比端的温度之差与热电偶产生的热电动势之间具有函数关系。参比端温度一定时热电偶的热电动势随着测量温度端温度升高而加大，其数值只与热电偶材料及两端温差有关。 根据结构不同，有普通型热电偶和铠装型热电偶。根据被被测介质温度高低不同，一般热电偶常选用K、E三种分度号。K分度用于高温，E分度用于中低温。 3）热电阻 原理：利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。 热电阻一般采购铂热电阻（WZP），常用规格型号：Pt100，双支，三线制，铠装元件?4，配不锈钢保护管，M27×2外螺纹。 4）温度变送器 原理：将变送器电路模块直接安装在就地温度传感器的接线盒内，将敏感元件感受温度后所产生的微小电压，经电路放大、线性校正处理后，变成恒定的电流输出信号（4～20mA）。 由于该产品未广泛普及，所以设计院一般很少选用。 材料工程课程设计 Course Exercise for Material Engineering 课程编号：07360110 学分： 2 学时：2周（其中：讲课学时：实验学时：上机学时：2周） 先修课程：材料工程基础 适用专业：无机非金属材料专业本科三年级学生 教材： 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 《材料工程课程设计》目的在于加强实践教学环节，加深对理论知识的理解，培养学生综合运用基础理论和专业知识分析、解决实际问题的能力。 课程设计的任务是通过设计各种型号的窑炉，加深对专业课《材料热工工程》的全面理解，掌握无机材料工业的重要设备－窑炉的工作原理，设计与计算的方法，提高分析问题与解决问题的能力，同时也培养学生应用计算机辅助设计与绘图的能力。 二、课程的基本内容及要求： 1.课程的基本内容 （1）掌握窑炉的工作原理 （2）掌握窑体的主要尺寸计算 （3）掌握窑炉的热工计算 （4）掌握窑体材料的选择 （5）熟练应用CAD软件制图 （6）撰写设计说明书 2.课程要求： 要求通过给定设计内容及原始数据，结合专业课《热工工程》的教学内容，掌握窑炉的工作原理，掌握窑炉的设计与计算的方法，并能熟练应用CAD软件制图，完成设计说明书和结构简图一份。 四、大纲说明 1、根据学生完成的课程设计说明书和图纸的质量和设计阶段的表现综合评定成绩，分优、良、中、及格、不及格五等。 2、按每天8小时计，总工作量不少于80小时。 五、参考书目及学习资料 1、《硅酸盐工业热工基础》；孙晋源主编；武汉工业出版社，1992年 2、《陶瓷工业热工设备》，刘根群主编；武汉工业出版社，1989年 3、《玻璃工业热工设备》，孙承绪主编；武汉工业大学出版社，1996年 4、《玻璃窑炉设计与计算》，孙承绪主编；中国建筑工业出版社，1983年 制定人：陈彩凤审定人：刘军批准人：杨娟 2013 年4 月10 日 《陶瓷热工设备》课教学大纲 Thermal equipment in ceramics 课程编码： 学分：课程类别： 计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：上机： 适用方向：材料科学与工程（陶瓷） 推荐教材： 姜洪舟主编《无机非金属材料热工设备》武汉理工大学出版社 2010 参考教材： 孙承绪主编《陶瓷工业热工设备》武汉工业大学出版社 2008 刘振群著《陶瓷工业热工设备》化工出版社 1994 姜金宁主编《耐火材料热工设备》冶金工业出版社 1998 课程的教学目的与任务 陶瓷热工设备课是材料科学与工程专业的一门专业性课程。主要学习内容是：学习和掌握陶瓷工业生产中所用的烧结设备—工业热工设备的知识。通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的发展历史；结构、工作原理与操作制度；工业热工设备的设计、计算；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；掌握热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具有使用、改进和设计热工设备以及初步引进科研的能力. 课程的基本要求 1、本课程以隧道窑为主要内容。因此，要求学生认真学习和掌握隧道窑的结构、热工设备的发展历史、陶瓷产品的烧成制度，耐火材料与隔热的种类与性能，各种热工设备的工作原理、结构设计计算等 2、通过对本课程的学习，使学生对陶瓷工业热工设备的实际工程问题具有一定的分析和解决能力。 3、本课程的先行课程为：工程制图、材料机械、材料力学、流体力学、热工基础等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 4、课程采用课堂教学为主，见习为辅，结合生产实习，以课程设计作为实践教学环，学习工业热工设备的设计以达到对热工设备结构的了解和掌握。 各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验） 第一章:隧道窑。计划学时：12 [教学目的与要求] 掌握隧道窑的分类，各部结构特点、工作原理及操作原理。掌握隧道窑与辊道窑操作控制及常用气体燃烧设备及隧道窑与辊道窑耐火材料选择。了解窑炉的发展方向及节能途径 高中化学知识点规律大全 ——硅和硅酸盐工业 1．碳族元素 [碳族元素] 包括碳(6C)、硅(14Si)、锗(32Ge)、锡(50Sn)和铅(82Pb)5种元素．碳族元素位于元素周期表中第ⅣA族。[碳族元素的原子结构] (1)相似性： ①最外层电子数均为4个； ②主要化合价：+2价、+4价．其中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定；Pb的+2价的化合物稳定，但+4价的Pb的化合物却是不稳定的，如PbO2具有强氧化性。 (2)递变规律：按碳、硅、锗、锡、铅的顺序，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大，失电子能力增强，得电子能力减弱，非金属性减弱，金属性增强。由于碳族元素的最外层为4个电子，因此由非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽然是非金属，但却貌似金属(为灰黑色固体)，且为半导体；锗具有两性，但金属性比非金属性强，为半导体；锡和铅为金属。 *[C60]C60与金刚石、石墨一样，都属于碳的同素异形体。C60是一种由60个碳原子构成的单质分 子，其形状如球状的多面体，在C60分子中有12个五边形和20个六边形。 [硅] (1)硅在自然界中的含量：硅在地壳中的含量居第二位(含量第一位的为氧元素)。 (2)硅在自然界中的存在形式：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等．化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分。 (3)单质硅的物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。其熔点、沸点很高，硬度很大(晶体硅的结构类似于金刚石)。晶体硅是半导体。 (4)单质硅的化学性质： ①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑ ②在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2SiO2 (5)用途： ①硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池。 ②利用硅的合金，可用来制造变压器铁芯和耐酸设备等。 (6)工业制法．用焦炭在高温下还原SiO2可制得含有少量杂质的粗硅： SiO2 + 2C Si + 2CO↑ [二氧化硅] (1)二氧化硅在自然界中的存在：天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。二氧化硅是一种硬度很大、熔点很高的固体。 (2)化学性质： ①SiO2是酸性氧化物．例如：SiO2+CaO CaSiO3 SiO2还可与NaOH反应：SiO2 + 2NaOH(水溶液中或熔融态) ＝Na2SiO3 + H2O 注意a．由于SiO2与强碱溶液反应生成了粘性很强的Na2SiO3溶液，因此盛放碱性的试剂瓶不能用玻璃塞，以防止瓶塞和瓶子粘在一起． b．SiO2不溶于水，也不与水反应．因此，不能通过SiO2与H2O反应的方法来制取其对应的水化物——硅酸(H2SiO3)．制取H2SiO3的方法如下： Na2SiO3 + 2HCl ＝2NaCl + H2SiO3↓ 或Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝Na2CO3 + H2SiO3↓ 硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比H2CO3还弱。 ②SiO2能与氢氟酸发生反应：4HF + SiO2＝SiF4 + 2H2O SiO2是玻璃的主要成分，因此盛氢氟酸的试剂瓶不能用玻璃容器（可用塑料瓶）。 (3)用途： ①二氧化硅是制造高性能通讯材料——光导纤维的重要原料。 ②石英用来制造石英电子表、石英钟。较纯净的石英用来制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。 ③水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。 ④玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。 硅及其化合物硅酸盐工业 【学习目标】1、理解晶体硅的结构、性质和用途 2、掌握原硅酸、硅酸和硅酸盐的重要性质 3、了解工业上生产玻璃和水泥的原料、化学原理和产品的成分、性能 【学习重点】硅的结构、性质和用途；硅酸、硅酸和硅酸盐的重要性质。 【学习要点】 一、硅的结构及性质 二、硅的重要化合物 三、硅酸盐工业 【随堂练习】 1、下列关于硅和硅的化合物的叙述正确的是（） ①硅的晶体结构和金刚石相似，都是原子晶体②硅是地壳中含量最多的非金属③晶体硅是良好的半导体材料④ SiO2是制造光导纤维的重要材料⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的⑥SiO2是两性氧化物，它不溶于任何酸 A ①②⑥ B ①⑤⑥ C ③④⑤ D ②⑤⑥ 2、下列说法不正确的是（） ①石英、玛瑙、水晶、硅藻土、玻璃等主要成分都是SiO2。②含硅4%的钢具有良好导磁性，含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性③自然界中没有游离态的硅，化合态硅是构成矿物和岩石的主要成分。④以单质硅为原料，生产一系列含硅产品的工业叫硅酸盐工业。⑤普通玻璃的主要成分是3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3。⑥玻璃的成分是相同的，如石英玻璃、钢化玻璃、有机玻璃、水玻璃等，只是他们的加工工艺不同而已。⑦水泥的硬化过程是复杂的物理化学过程，水泥中加入的石膏是为了加速水泥的硬化速度。⑧因为高温是SiO2跟Na2CO3反应放出CO2，故硅酸比碳酸酸性强。 A 全不正确 B 除①②③④外 C 除②③外 D ④⑥⑦⑧ 3、工业上由粗硅制取纯硅有以下反应： ① Si（s）+ 3HCl == SiHCl3 + H2（g）+ 381kJ ② SiHCl3（g）+ H2 == Si（s）+ 3HCl（g） 对于上述反应说法正确的是（） A 均为置换反应和氧化还原反应 B 反应①、②实际上互为逆反应 C 由于反应①放热，则反应②一定吸热 D 提高SiHCl3产率，应采取加压和升温办法 4、下列说法正确的是（） A 在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中都需要的原料是生石灰 B 陶瓷、水泥、玻璃、单晶硅、普钙等都属于硅酸盐产品 C 普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体不属于晶体 D 钢化玻璃的重要用途之一是制造汽车车窗，合成它的主要原料是四氟乙烯 5、下列元素的单质中，最易跟氢气反应生成氢化物的是（） A 硼 B 氮 C 氟 D 碳 6、固体融化时必须破坏非极性键的是（） A 冰 B 晶体硅 C 溴 D 二氧化硅 7、CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（） A 氯化钙 B 石灰水 C 饱和碳酸钠溶液 D 硅酸钠 8、石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，制造输电线、电厂设备破坏。这是由于石墨（） A 有放射性 B 易燃、易爆 C 能导电 D 有剧毒 【解】查表知硅砖的导热系数λ= 0.92 + 0.7×10-3 t W/（m.o C ） 硅砖的平均温度 o 121300300800C 22 av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.92 + 0.7×10-3 t av = 0.92 + 0.7×10-3 ×800 = 1.48 W/（m.o C ） 散热损失量 (1300300) 1.481032889W 0.45t t F Q F λδδλ??-?? ==== 习题【2-2】 【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1 红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2 如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2 用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变 替换前，炉墙热阻12 112R δδλλ= +，替换后，炉墙热阻322 R δλ= 令R 1=R 2，得 3 12122 δδδλλλ+=，则 213210.390.04 0.250.37 m =370 mm 0.13 λδδδλ?=+ =+= 习题【2-3】 【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热 查表知耐火粘土砖的导热系数λ= 0.835+ 0.58×10-3 t W/（m.o C ） 耐火粘土砖的平均温度 o 12700100400C 22av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.835 + 0.58×10-3 t av = 0.835 + 0.58×10-3 ×400 = 1.067 W/（m.o C ） 根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量 21 11700100 4197W/m 10.850.23 14 4 ln ln 2 1.06710.85 2t Q d l d ππλ?-= == +?? 第二节硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料 【同步教育信息】 一. 本周教学内容：第二节硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料 二.知识目标： 初步了解“硅酸盐工业”；初步了解制水泥的主要原料和生产过程、水泥的主要成分和性质；了解制玻璃的主要原料和主要反应。 三. 能力目标：通过对水泥工业的教学，培养学生的自学能力和表达能力。 四. 德育目标： 使学生逐渐形成正确的科学社会观，即使学生认识到“科学技术是第一生产力”，关心环境、资源再生等与现代社会有关的化学问题，具有社会责任感。通过对玻璃、陶瓷工业现状及前景的介绍，激发学生学习兴趣。 五. 重点难点： 普通玻璃的化学反应原理作为知识目标中的重点，但更重要的是培养学生的能力及科学情感和科学思想。 六. 知识分析： （一）硅酸盐工业简介 1. 水泥普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·Si02)、硅酸二钙(2CaO·Si02)和铝酸三钙(3CaO·A1218)等。 2. 玻璃玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等。玻璃没 有固定的熔、沸点。 3. 比较水泥和玻璃的生产方法（见下表）硅酸盐产品 4. 陶瓷（1）制造陶瓷的主要原料：粘土。 （2）制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、陶器 （3）陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分)：土器、陶器、瓷器、炻器等。硅酸盐的组成可以用氧化物形式来表示例高岭石：A12(Si218)(OH)4可表示为：A1218·2Si02·2H20 （二）新型无机非金属材料： 1. 无机非金属材料的分类 （1）传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 （2）新型无机非金属材料：半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。 硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t?/R或q=t?/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才 行 单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3 若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3 Rt1=Rt2?0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39 得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=0.835X0.58X103- X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =4200W/m 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件λ1＝50W/m。C λ2＝0.1 W/m。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则 热能０２级《工厂热工设备》期末考试参考答案 一、解释下列概念和术语（每题２分，共２０分） １．火焰炉内热过程 火焰炉内气体流动、燃料燃烧和传热、传质过程的综合，是以传热为中心的物理和物理化学过程，以物理过程为主。 ２．火焰 具有一定的外形和长度、明亮轮廓的炽热的正在燃烧的气流 股。 ３．炉温 炉子测温热电偶所反映的温度，是某种意义上的综合温度。 ４．定向辐射传热 炉气对炉衬、炉料的的辐射换热量不同的炉内辐射传热现象，分直接定向辐射传热和间接定向辐射传热两种。 ５．炉子热平衡 根据热力学第一定律建立起来的、表示在一定时间内炉子热 量收入和热量支出在数量上的平衡关系。 ６．热量有效利用系数 有效热／总供热量 ７．热量利用系数 留在炉膛的热量／总供热量 ８．炉底强度，有效炉底强度（钢压炉底强度） 单位炉底面积单位时间内的产量叫做炉底强度；如果只 考虑钢坯覆盖的那部分炉底面积，就叫做有效炉底强度（钢压炉底强度）。 ９． 钢的加热速度 金属表面升温速度；加热单位厚度金属所需要的时间；单位时间加热金属厚度。 １０． 钢的加热温度，钢的加热均匀性 加热完后钢的表面温度，钢的外部和中心温度的一致程度。 二、填空（每题２分，共３０分） １．火焰炉内的气体运动大致可以分为（气体射流运动）〔１分〕及（主要由它引起的气体回流运动）〔１分〕两大部分。 ２．炉内气体再循环率r 的定义式为（ ），再循环倍率的定义式为（ ）。 a o r m m m r h kg h kg h kg ＋＝） ／气体质量流率（）＋从喷嘴周围供入的／流率（从喷嘴流出气体的质量）／再循环气体流率（再循环率＝ r a o r m m m m r h kg h kg h kg h kg ＋＋＝｝）／再循环气体流率（）＋／体质量流率（＋从喷嘴周围供入的气）／量流率（｛从喷嘴流出气体的质）／／再循环气体流率（再循环率＝‘ （１分） a o r a o m m m m m R h kg h kg h kg h kg h kg ＋＋＋＝｝）／气体质量流率（）＋从喷嘴周围供入的／量流率（｛从喷嘴流出气体的质）｝／ ／）＋再循环气体流率（／体质量流率（＋从喷嘴周围供入的气） ／量流率（｛从喷嘴流出气体的质再循环倍率＝ （１分） 热工设备 第三章隧道窑 烧成过程 1、20-200℃预热排除残余水分 2、200-500℃排除结构水 3、500-600℃石英晶型转化：β-SiO2→α-SiO2，体积膨胀控制不当（温度不均）导致开裂 4、600-1050 ℃氧化阶段： 硫化铁、有机物中碳的氧化，碳酸盐分解等 5、1050-1200 ℃还原阶段： 氧化铁还原为氧化亚铁 6、1200-1300 ℃烧结阶段： 7、冷却阶段：①1300-700 ℃急冷段 ②700-400 ℃缓冷段石英晶型转化 ③400-80 ℃ 烧成制度的确定原则 包括：温度制度气氛制度压力制度 1、合理的温度变化速率：考虑制品内部温度均匀及物理-化学变化所需时间 2、适宜的保温时间 3、气氛控制： 4、合理的压力制度： 烧成制度举例P5 耐火材料的主要性能 1、耐火度：高温下抵抗熔化的能力（三角锥试样软化） 2、荷重软化点：在一定压强下加热，发生变形和坍塌时的温度 3、热稳定性（温度急变抵抗性、抗热震性）：热震试验 4、抗氧化腐蚀性 5高温体积稳定性：在高温下长期使用，抵抗体积不可逆变化的能力（用残余收缩/膨胀表示） 1、粘土砖：弱酸性耐火材料，热稳定性较好，荷重软化开始温度1250-1300℃，使用温度1300 ℃以下。 2、半硅砖：半酸性耐火材料，荷重软化开始温度高于粘土砖，但热稳定性比粘土砖稍差。 3、高铝砖：耐火度及荷重软化温度高于粘土砖，抗化学腐蚀性较好，但热稳定性稍差，使用温度1400-1600 ℃。 4、硅砖：酸性耐火材料，荷重软化开始温度高，热稳定性差，不适于间歇式窑炉。 5、镁砖：碱性耐火材料，耐火度很高，荷重软化温度低，热稳定性差。 目录 目录 (1) 工业炉窑简介 (2) 一、工业窑炉简述： (2) 二、工业炉窑历史、现状 (3) 三、行业发展趋势 (4) 四、窑炉的工作原理、参数、工艺条件 (4) 4.1原理 (4) 4.2工业窑炉的参数 (5) 4.3工业窑炉的工艺条件 (6) 五、工业窑炉节能现状 (6) 5.1 热源改造，燃烧系统改造 (6) 5.2 窑炉结构改造 (7) 5.3 余热回收与利用 (10) 5.4 控制系统节能改造 (12) 工业炉窑简介 一、工业窑炉简述： 窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。按煅烧物料品种可分为陶瓷窑、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑、石灰窑等。前者按操作方法可分为连续窑(隧道窑)、半连续窑和间歇窑。按热原可分为火焰窑和电热窑。按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件。其结构较为简单，操作方便。此外，还有多种气氛窑等。 在具体行业，窑炉还有更多细分类型，如水泥回转窑、玻璃池窑、钢铁的高炉和转炉，化工行业的一些设备也可归为窑炉。但通常意义上的工业窑炉，范围主要指金属和无机材料的煅烧设备。 窑炉大致分为箱式、井式、梭式、网带式、回转式、窑车式、推板式隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉（碳管炉）、钨钼粉焙烧炉、还原炉等各种高、中、低温工业窑炉，工作温度200～2500℃。可用于ZnO压敏电阻器、避雷器阀片、结构陶瓷、纺织陶瓷、PTC&NTC热敏电阻器、电子陶瓷滤波器、片式电容、瓷介电容、厚膜 《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲 一、基本信息 课程编号：01A32205 课程名称：硅酸盐工业热工设备（陶瓷） 英文名称：Thermal Equipment for Silicate Industry (Ceramic) 课程类型: □通识必修课□通识核心课□通识选修课□学科基础课 □专业基础课■专业必修课□专业选修课□实践环节 总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0 学分：2.0 适用对象：材料科学与工程（陶瓷方向）本科生 先修课程：热工基础、流体力学、工程制图、材料机械、材料力学等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 课程负责人：刘永杰 二、课程的性质与作用 《硅酸盐工业热工设备（陶瓷）》课是材料科学与工程专业（陶瓷方向）的一门专业必修程，其主要任务是阐明陶瓷工业生产中所用的热工设备—窑炉的结构、作用、工作原理等知识，并及时的介绍一些陶瓷热工设备方面的有关新技术的新成果。使学生对陶瓷工业生产所用热工设备的类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉陶瓷工业热工设备设计和使用的知识，了解陶瓷工业热工设备的现状及发展趋势，为后续生产实践和科学实验过程中进行设备选型、使用和维护奠定理论和技术基础。 三、教学目标 通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的用途及作用；热工设备的结构、工作原理与操作方法；陶瓷工业热工设备的设计；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；了解热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具备使用、改进和设计热工设备的初步能力。认识陶瓷工业热工设备对于环境保护、行业发展以及企业效益的重要性，并关注其发展动态和环保理念，能够在以后的生产实践和科学实验过程中正确地进行设备选型、使用、维护和更新。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系 第二节硅酸盐工业简介 Ⅰ学习重点 1.从原料、反应条件、原理、主要设备，主要成份及其表示方法等方面比较普通玻璃和普通水泥的生产方法 2.硅酸盐的表示方法，玻璃态物质的特点 一、选择题 1.下列不属于硅酸盐工业产品的是( ) A.水泥 B.陶瓷 C.砖瓦 D.石英玻璃 2.下列物质不属于硅酸盐的是( ) A.粘土 B.硅藻土 C.Al2(Si2O5)(OH)4 D.Mg2SiO4 3.生产水泥的主要设备是( ) A.熔炉 B.回转窑 C.沸腾炉 D.合成塔 4.某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为n ZnO·SiO2，则n值等于( ) A.0.5 B.1 C.2 D.3 5.在天然环境中用自然界中的物质，且在常温下必须在空气中才能硬化的是( ) A.石灰抹墙后变硬不再溶于水 B.熟石膏调水后灌入模中变硬 C.水玻璃抹在蛋皮上不久变硬呈玻璃状 D.水泥砂浆浇灌后变硬 6.在水泥中加石膏的目的是( ) A.调节水泥的机械强度 B.调节水泥的硬化速度 C.降低水泥的成本 D.扩大水泥的使用范围 7.关于水泥的下列说法，错误的是( ) A.水泥遇水就会发生硬化 B.水泥是化合物 C.水泥砂浆和混疑土必定要有水泥 D.水泥回转窑中生料和空气、煤粉是逆向操作的 8.用1 L 1.0mol/LNaOH溶液吸收标准状态下17.92 L CO2，所得溶液中CO2-3和 HCO-3的摩尔浓度之比约是( ) A.1∶3 B.2∶1 C.2∶3 D.3∶2 9.下列物质中，制取时不需用石灰石作原料的是( ) A.硅酸 B.水泥 C.玻璃 D.生石灰 10.过量的泥沙、纯碱和生石灰共熔后可生成 ①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品( ) A.①和④ B.②和⑤ C.③ D.② 11.根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是 ①生成物是硅酸盐；②反应条件是高温；③含有硅的物质作原料；④反应原理是一系列复杂的物理-化学变化( ) A.①③ B.①②③ C.①②③④ D.①③④ 12.与普通玻璃主要成分一样的是( ) A.钢化玻璃 B.玻璃纸 C.有机玻璃 D.水玻璃 13.欲观察氢气燃烧的焰色，燃气导管口的材料最好的是( ) m l h m mm l m kg cm g 1.05.02.030sin 2.0200/800/8.033=?======ρ已知： 烟气的真空度为： Pa h g p v 8.78430sin 2.081.9800=??=??=ρ ∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2O O mmH Pa p v 2027.808.784== 烟气的绝对压力为： kPa Pa p p p v b 540.98388.985408.7843224.133745==-?=-= 2.2填空缺数据（兰色）： 2.9 题略 已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量 解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/m kJ D D k dD kD W dD kD D d kD pdV dW D D 27.2) (8 22 )6 (41423332 1 =-= == ?==? π π π π 答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ 解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有： Pa p p T V p T V p T V p 5121 1 2222111100.23 1 3?== == △U =△H = 0 3.7 题略 解：（1）混合后的质量分数： ωCO 2 = 5.6 %， ωO 2 =16.32 %， ωH 2O =2 %， ωN 2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ） （4） 体积分数： φCO 2 = 3.67 %， φO 2 =14.72 %， φH 2 O =3.21 %， φN 2 =78.42 % （5）各组分气体分压力： p CO 2 = 0.01101 MPa ， p O 2 =0.04416 MPa ， p H 2O =0.00963 MPa ， p N 2 =0.2353 MPa 下面是附加的一些例题，供参考： 一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？ 解：∵ 定压过程总加热量为： q =c p △T 其中用来改变热力学能的部分为：△u= c v △T 而 c p = c v +R g K J K kJ p p mR V V mR s m S g g /1426.1/101426.13ln 208.0005.0ln ln 31 212=?=??=-==?=?- 玻璃工业热工设备课程 论文题目： 玻璃行业节能降耗的现实意义 院系建筑与材料工程系 专业工程管理 班级 学生姓名 学号 任课教师 2012 年 06 月 08 日 玻璃行业节能降耗的现实意义 专业工程管理学生XXX学号XXXXXXXX 摘要：本文介绍了玻璃工业节能技术的发展现状以及目前主要采取的节能措施，着重讲述了玻璃熔窑保温和全氧燃烧技术，并给与具体事例分析，用数据说明了采取这些节能措施所带来的经济效益。 关键词：玻璃熔窑；窑体保温；全氧燃烧；节能降耗 Abstract:This article describes the current development of the glass industry energy-saving technologies , as well as the main energy-saving measures taken , highlighted the plight of the glass melting furnace insulation and full oxygen combustion technology , and give specific examples of analysis , and data used to take these energy-saving measures brought to economic benefits . Key words：glass melting furnace ; kiln insulation ; oxy-fuel ; energy saving 硅酸盐工业热工基础作业答案 2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件 tw1=1300C tw2=300C δ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度 Tav ＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav ＝＋ x800＝1。48w/ Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=（1300－300）/=4 2－2 解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t ?/R 或q=t ?/Rt 知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行 单值条件 δ1＝40mm δ2=250mm λ1= λ2=m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=++δ3/λ3 若仅有红砖（两层） Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/+δ3/λ3 Rt1=?+=δ/ 得 δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm 。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件 δ＝230mm R1= Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav= 3-3 - R2=R1+δ= 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln 21d d =1.080.85 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁 当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav ＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件 λ1＝50W/m 。C λ2＝ W/m 。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(12131122d d Ln Ln d d λλ+)=2502222.2711851375 501750.1185 X W Ln Ln π =+ 若仅考虑石棉的热阻，则 Q ’= (12)22502222.31131375220.1185 Tw Tw X X W d Ln Ln d ππ λ-== 可见Q ≈Q ’，因而在计算中可略去钢管的热阻。 2—5解：本题属于稳定的无内热源的多层圆筒壁 若忽略交界面处的接触热阻，每单位长度通过粘土砖的热量Q1与通过红砖热量Q2相同 单值条件 d1=2m d2= d3= Tw1=1100C Tw2=80C 先假设交界处温度为600C ，则粘土转与红砖的平均导热系数 1100600 10.000580.835 1.328/.260080 2X0.000510.470.6434/.2 21(1100600)2 1.328500114076/20.29641 av X W m C av W m C av X X Q W m d Ln d λλλ+= +=-===∏∏＋＝＋＝ 第二节硅酸盐工业简介 1.从原料、反应条件、原理、主要设备，主要成份及其表示方法等方面比较普通玻璃和普通 2. 1.下列不属于硅酸盐工业产品的是( ) A.水泥 B.陶瓷 C.砖瓦 D. 2.下列物质不属于硅酸盐的是( ) A.粘土 B.硅藻土 C.Al2(Si2O5)(OH)4 D.Mg2SiO4 3.生产水泥的主要设备是( ) A.熔炉 B.回转窑 C.沸腾炉 D. 4.某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为n ZnO·SiO2，则n值等于( ) A.0.5 B.1 C.2 D.3 5.在天然环境中用自然界中的物质，且在常温下必须在空气中才能硬化的是( ) A.石灰抹墙后变硬不再溶于水 B. C.水玻璃抹在蛋皮上不久变硬呈玻璃状 D. 6.在水泥中加石膏的目的是( ) A.调节水泥的机械强度 B. C.降低水泥的成本 D. 7.关于水泥的下列说法，错误的是( ) A. B. C. D. 8.用1 L 1.0mol/LNaOH溶液吸收标准状态下17.92 L CO2，所得溶液中CO2-3和 HCO-3的摩尔浓度之比约是( ) A.1∶3 B.2∶1 C.2∶3 D.3∶2 9.下列物质中，制取时不需用石灰石作原料的是( ) A.硅酸 B.水泥 C.玻璃 D.生石灰 10.过量的泥沙、纯碱和生石灰共熔后可生成 ①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品( ) A.①和④ B.②和⑤ C.③ D. 11. ①生成物是硅酸盐；②反应条件是高温；③含有硅的物质作原料；④反应原理是一系列复杂的物理-化学变化( ) A.①③ B.①②③ C.①②③④ D. 12.与普通玻璃主要成分一样的是( ) A.钢化玻璃 B.玻璃纸 C.有机玻璃 D. 13.欲观察氢气燃烧的焰色，燃气导管口的材料最好的是( ) 硅酸盐工业热工基础作业答案 2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t?/R或q=t?/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才 行 单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3 若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3 Rt1=Rt2?0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39 得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=0.835X0.58X103- X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =4200W/m 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件λ1＝50W/m。C λ2＝0.1 W/m。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则 玻璃专业熔制车间毕业设计指导书 一、说明书 1．总论： 内容：生产方法概况、特点、设计指导思想以及设计原则。 2．玻璃的成分设计 内容：设计原则、成分确定及性质计算（熔化温度、温度-粘度曲线、退火温度和密度）3．总工艺计算 内容：（1）主要技术经济指标的确定； ①年工作日：冷修年，310~320天；非冷修年365天。 ③玻璃原板宽度：2.5~4.5m。 ④机组利用率：96~98%。 ⑤总成品率：72~75%。可达90~95%。 ⑥碎玻璃损失率：0.5%。 （2）工艺平衡计算； ①玻璃成品产量的计算： 计算出各种规格产品的产量；各种规格产品的全年平均生产天数。 ②玻璃液熔化量： ③配合料需要量： 4．熔窑设计 内容：（1）熔窑种类的确定； （2）熔窑结构设计； ①熔化部设计： 熔化率的初步确定： 平板池窑：熔化率K=2.0~3.0（t/m2d）； 500吨窑，K=2.35（t/m2d）；700吨窑，K=2.78（t/m2d）； 熔化部面积的初步确定： 熔化面积：F m = Q k（m 2） 式中：Q —熔窑的产量（t/d） 熔化部窑池的长度和宽度的确定： 熔化区宽度的确定： 平板池窑：B m = 0.75Х10-2Q + 6.75 （m） TOLETO公司的经验公式： B m = 95002.5 Q/400 （m） 熔化区长度的确定：l m = K1ХB m （m）式中：K1—熔化区的长宽比，一般为1.8~2.4。 l m = d1 + d2（n-1）+ 1.0 式中：d1—1#小炉中心线到前脸墙的距离，一般为3~4m， 900吨窑达6.8mm。 d2—小炉中心线间距，一般为2.8~3.5m。 n—小炉对数。 澄清区长度的确定：一般在8.3~19m。 熔化部窑池深度的确定：熔化部窑池深度为1.2m。 熔化部面积的调整和复核： 熔化率的复核： 熔化部窑池大碹股跨比的确定：大型窑为1 7.5~ 1 8，中小型窑为 1 8~ 1 9。 大碹的厚度确定： 熔化部胸墙的高度和厚度的确定： 熔化部胸墙的高度：由燃料的种类、喷嘴的安装方式确定。平板池窑：烧煤气时，为0.8 ~ 0.9m； 烧油时，为1.5 ~ 2.0m。 熔化部胸墙的厚度：450 ~ 500mm； 熔化部火焰空间的高度和宽度的确定： 火焰空间的宽度：比窑池宽400 ~ 500mm；发电厂热工设备介绍资料
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