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1、石膏板热工基础知识石膏板生产最核心的工艺就是热工工艺，无论是建筑石膏的生产还是石膏板的成型干燥，都离不开热量的传递和转化。那么生产石膏板肯定离不开石膏、水、护面纸和热空气，了解水、石膏、空气、煤炭和护面纸的一些性能和参数对我们生产中更好的认识热工工艺，了解干燥原理，优化生产工艺，节能降耗有着非常重要的意义。1、水的基本性质2、空气的基本性质3、煤炭的基本知识4、石膏的基本性质5、护面纸的工艺参数水的基本性质1、水的形态、冰点、沸点2、水的比热、汽化热、溶解热3、水的密度、压强及力学特性4、水的化学特性5、水的毛细现象水的形态、冰点和沸点纯净的水是无色、无味、无嗅的透明液体。水在1个大气压时（0
2、.1MPa），温度在0以下为固体（固态水），0为水的冰点。从0100之间为液体（通常情况下水呈现液态），100以上为气体（气态水），100为水的沸点。水的比热、汽化热、溶解热把单位质量的水升高1所吸收的热量，叫做水的比热容，简称比热，水的比热为4.2kJ/（kg）在一定温度下单位质量的水完全变成同温度的汽态水（水蒸汽）所需要的热量，叫做水的汽化热。水的汽化热为44.2千焦/摩尔，相当于2455焦/千克。一般地：使水在其沸点蒸发所需要的热量五倍于把等量水从一摄氏度加热到一百摄氏度所需要的热量。单位质量的冰在熔点时（0）完全溶解为同温度的水所需的热量，叫做冰的溶解热。冰的溶解热为334千焦/千克。
3、冰的比热为2.135kJ/kg注：1千卡(大卡)=4.186kJ1摩尔水蒸气=22.4L水的密度、压强在1个大气压下0.1MPa，温度为3.98时，水的密度为最大为1kg/L，当温度低于或高于4时，其密度均小于1kg/L。水蒸气随着温度升高密度也发生变化。水对容器的底部和侧壁都有压强。（单位面积上受到的压力叫做压强）水内部向各个方向都有压强；在同一深度，水向各个方向的压强相等；深度增加，水压强增大；水的密度增大，水压强也增大。饱和蒸汽压力温度对照表温度（）密度（KG/m）绝对压力Mpa1000.61.11050.71.2081100.8271.4331150.9651.6911201.1221
4、.9851251.2982.3211301.4972.7011351.7193.1311401.9673.6141452.2424.1551502.5484.7615528865.4331603.266.181水的力学性质水的表面存在着一种力，使水的表面有收缩的趋势，这种水表面的力叫做表面张力。对一个水分子来说，它的正电荷重心偏在两个氢原子的一方，而负电荷重心偏在氧原子一方，从而构成极性分子，所以当水分子相互接近时，异极间的引力大于相距较远的同极间的斥力，这种分子间的相互吸引的静电力称范德华引力。水的化学特性水是由氢氧二种元素组成的（二个氢原子和一个氧原子组成一个水分子），其中氢和氧的质量比为
5、1：8，水中氢占11.11%，氧占88.89%。由于水分子间还生成较强的氢键，液态水都是有多个水分子缔合而成。水的毛细管现象水往低处流是我们都知道的最普遍的自然现象，然水也可以往高处走，除了通过水泵等机械外，在自然界中还有一股力量可以让水往高处爬，那就是大气压压力。在一个盛水器皿中，插入一个孔径如绣花针头大小的玻璃管（如图），马上可以看到水沿玻璃管壁升高。孔径越细，水升得越高。这种现象称为毛细管现象。例如：放到脸盆边的毛巾吸水、水分在植物体内的运输、水分的蒸发都与水的毛细管现象有关空气的基本性质1、空气的组成2、空气的用途3、空气的密度和比热4、相对湿度和绝对湿度空气的组成正常的空气成分按体积
6、分数计算是：氮(N2)约占78%，氧(O2)约占21%，稀有气体约占094%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)约占003%，还有其他气体和杂质约占0.03%，如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸气（H2O）等。空气的用途氮气做填充保护气，液氮可以做制冷剂，氮气还是合成氨工业中的原料之一。生物需要氧气进行有氧呼吸，氧气可以作为助燃剂，纯氧可用于电焊等。稀有气体可以作为保护气，彩灯，高照明灯的填充气。二氧化碳是侯氏制碱法的原料，是绿色植物光合作用的原料，二氧化碳还是灭火器的主要作用物之一,也是可以使石灰水变浑浊的气体，其固态物干冰还可以用于
7、人工降雨。空气的密度和比热干燥空气的摩尔质量为28.9634g/mol把单位质量的空气升高1所吸收的热量，叫做空气的比热容，简称比热，空气的比热为1.05kJ/（kg）常态下空气密度温度对照表温度(）密度（kg/m）饱和含湿量（g/kg)01.2933.7851.2695.4101.2477.63151.22510.6201.20414.7251.18420301.16427.2351.14636.6401.12848.8451.1165501.09386.2551.076114601.06152651.044204701.029276751.014382801545湿度、绝对湿度、相对湿度湿
8、度，表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度来表示空气的干燥程度。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米。绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度。绝对湿度只有与温度一起才有意义，因为空气中能够含有的湿度的量随温度而变化，在不同的温度中绝对湿度也不同，因为随着温度的变化空气的体积也要发生变化。但绝对湿度越靠近最高湿度，它随温度的变化就越小。相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。相对湿度为100%的空气
9、是饱和的空气。相对湿度是50%的空气含有达到同温度的空气的饱和点的一半的水蒸气。相对湿度超过100%的空气中的水蒸气一般凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越多，也就是说，在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算出露点。绝对湿度、相对湿度和湿度关系相对湿度=绝对湿度/饱和湿度例如：有上表可知在一个标准大气压下，60时候饱和湿空气的湿含量为152g/kg，计算此温度下相对湿度30%时候空气的绝对湿度？绝对湿度=饱和湿度*相对湿度=152*30%=45.6g/kg空气的温度、压力、密度对照表烟煤的基本知识煤根
10、据煤化程度分为无烟煤、烟煤和褐煤煤的主要指标是：水分、灰分、挥发份、发热量、硫分煤质分析一般按照空干基（ad)进行成分分析，即空气干燥（airdry）状态下为基础。煤的水分和灰分水分：指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。燃烧时，降低有效发热量。灰分：是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高，热效率越低；煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤，很容易因为灰分溶化而结焦。煤的
11、挥发份和固定碳挥发份：指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。固定碳：测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。烟煤可燃成分及发热量烟煤中可燃成分主要是固定碳和挥发份气体（甲烷），还有微量的硫，我们用的烟煤固定碳含量约60%，甲烷气体约25%，硫约0.5%，发热量每
12、千克约5600大卡。燃烧的化学方程式为：C+O2=CO2+热量CH4+2O2=CO2+2H2O+热量S+O2=SO2+热量石膏的基本知识1、石膏的分类和种类2、石膏中的水、PH值3、二水石膏的一些物理化学性质4、石膏的相变5、石膏的溶解析晶理论石膏的种类及分类1、根据石膏的产生过程我们把石膏分为天然石膏和化学石膏。其中化学石膏又根据何种工业副产不同分为脱硫石膏、磷石膏、柠檬石膏等。2、根据我们目前使用情况主要介绍下电厂副产脱硫石膏和化工厂副产磷石膏。石膏中的水石膏中的水分包括两部分，附着水和结晶水，附着水是附着在石膏表面，和石膏之间没有化学键相结合，随着水分挥发会逐渐失去。结晶水是通过化学键相
13、结合，要想让它失去结晶水必须给它给它能够破坏化学键的能量。石膏中的两种水分含量直接关系到石膏产品的质量。对于脱硫石膏，但从脱硫石膏产生过程分析，滤布是最后除去石膏自由水分的一个重要环节，如果滤布目数设计不合理、静电除尘环节有问题导致过多的灰尘进入吸收塔、强制氧化环节不充分石膏颗粒未长大就进行脱水都可能导致小颗粒堵塞滤布网眼，造成水分偏大。对于磷石膏滤饼浓缩阶段不彻底过多的游离算存在于石膏中间也会导致水分偏大。结晶水的含量高低则直接关系到石膏的品位。石膏中的PH值湿法脱硫工艺脱硫石膏生成的化学方程式为：SO2+H2OH2SO3H2SO3+O2+CaO+H2O2H2O.CaSO4湿法磷酸二水法工艺
14、磷石膏生成的化学方程式为：Ca5F(PO4)3+7H3PO4+5H2O5Ca(H2PO4)2H2O+HFCa(H2PO4)2H2O+H2SO4+H2OCaSO42H2O+2H3PO4根据上述两个方程式可以知道，当PH过低时石膏转化率高但不利于二氧化硫的吸收；反之二氧化硫吸收率膏但石膏纯度不高。磷石膏中则是有氟化氢、磷酸以及磷酸盐杂质石膏的一些物理化学性质无色单斜晶系结晶性粉末。相对密度2.32。结晶水含量20.93%，128时失去1.5H2O而成半水物，加热至163失去全部结晶水而成无水物。难溶于水，常温下水中溶解度2.4g/L。分子量172，化学方程式2H2OCaSO4,比热容1.09kJ/
15、kg/,半水石膏25水化热为石膏的相变二水石膏随着温度的上升，自身的结晶水会逐渐脱去变成半水石膏和无水石膏，石膏有五个相，七种变体，半水石膏是一种胶凝材料，其中半水石膏又叫建筑石膏，是石膏板生产的主要原材料之一。在石膏板生产中，建筑石膏才是制粉煅烧所要的最终产品，在煅烧石膏的相组成中一般至少含有四种成分，二水石膏、半水石膏、可溶无水石膏、不可溶无水石膏，其中二水石膏和不可溶无水石膏在石膏板生产过程中基本不与水发生水化反应，对生产来说是无效成份。半水石膏和可溶无水石膏都能与水反应转化成二水石膏，对生产来说是有效成分，煅烧产品中半水石膏和无水石膏含量就衡量煅烧工艺是否合适的重要参数。可溶无水石膏一
16、般在165时候产生，不可溶无水石膏一般在350以上产生，生产中合理控制煅烧温度能保证获得最佳的相组成。石膏变体的性质二水石膏半水石膏无水石膏分子量172145136密度2.31吨/m2.6吨/m2.48吨/m水化热19300J/MOL30200J/MOL溶解度2.058.162.4稳定性45以下介稳介稳比热容0.53J/g/0.33J/g/0.43J/g/晶系单斜三方六方石膏的溶解析晶理论半水石膏与水反应有两种不同的理论观点，一种是胶体理论，认为在反应中产生了一种胶体物质。另一种是溶解析晶理论，目前多数学者支持溶解析晶理论。由于半水石膏在水中的溶解度常温下是8g/L，而二水石膏则是2.4g/L
17、，当半水石膏溶解到水中向二水石膏转化后就很容易的形成二水石膏的过饱和溶液，从而有二水石膏晶体开始析出。由于二水石膏晶体多呈纤维状，随着晶体的不断析出，二水石膏晶体相互作用形成具有一定强度的硬化体结构。二水石膏促凝理论上二水石膏（生粉）是最理想的促凝剂，因为它本身不需要水分，完全溶解到水中后再析出晶体不会对整个系统带来任何副作用，不但能起到促凝而且还能降低生产水膏比。但生产中往往不是这样，加入生粉后促凝效果不理想而且料浆也发生很大变化，流动性降低，给生产稳定带来很多不利因素。分析原因主要是我们制备的生粉不达标，理想的生粉是超细的二水石膏颗粒，由于颗粒极其细小所以与水接触后能很快的溶解到水中，缩短
18、二水石膏饱和溶液形成的过程，加快二水石膏晶体析出。我们生产的生粉颗粒不但大，而且含有较多的半水石膏成分，这些半水石膏都属于再生半水石膏，与水反应需要很高的水膏比，这也是为什么我们制备的生粉加入后料浆变稠的原因。正因为我们制备的生粉颗粒大，半水石膏含量多，所以促凝效果差，生产中我们若盲目的加大用量，只能使问题更严重。我们制备的生粉有效品位50%左右，半水石膏30%左右，按照1.5%加量计算，引进再生半水石膏约0.5%，再生半水石膏标稠多在100%以上，因此要多加0.5%的水才能保证稠度合适。如果加量更大多余的二水石膏颗粒还会破坏晶体的完整性，影响最终产品的强度。护面纸的几个参数对于护面纸前期我们
19、的关注度不高，随着认识的不断加深，我们对护面纸的热渗透指标开始关注，对其他指标也仅是停留在定性的认识上。但护面纸在石膏板生产中不但在成本中占据最大比重，而且对产品的干燥和强度更是起着举足轻重的作用。克重影响着单耗，渗透、透气度对干燥至关重要，反面吸水、横幅水分偏差、湿膨胀指标直接关系到板材的外观质量和粘结。后面在干燥中还要专门说护面纸对粘结干燥的影响机理。石膏板热工计算上面说到的那些内容似乎和热工计算没多大关系，但是仔细想想热工计算归根究底是对热量进行计算，那么对于石膏板生产热量的载体不外乎煤炭、空气、水和石膏，而护面纸又在板材粘结和热量传导过程中占据着重要的作用。所以上面的一些内容就是石膏板
20、生产热工计算的基础，只有对煤炭、空气、护面纸、水和石膏的基本性能了解了，我们才能够对热工进行定量的计算。制粉建筑石膏产量的计算例如：制粉车间每小时消耗石膏原料80吨,化验室测得原料附着水12%，品位90%，煅烧后烘干机结晶水14%，沸腾炉结晶水5%，问一小时可生产建筑石膏多少吨？解：已知纯石膏结晶水20.93%m建=m原*（1-12%）*1-(18.84%-14%)*（1-9%）=80*88%*95.16%*91%=60.96(吨)80吨原料一小时可生产建筑石膏60.96吨。制粉水蒸气排量计算上题给定条件不变，已知烘干机出口温度150，沸腾炉出口温度160，问一小时烘干机内排出水蒸气多少m？沸
21、腾炉一小时内排出水蒸气多少m？解：根据不同温度下气体密度表可查得150和160下水蒸气的密度约0.5kg/m烘干机：m烘=m原*12%+m原*88%*4.84%沸腾炉：m沸=（m原-m烘）*（14%-5%）计算可得：m烘=13.01（吨）m沸=6.03（吨）所以烘干机排水蒸气26020m/h,沸腾炉排水蒸气12060m/h。饱和湿度的最低温度在上述问题的基础上如果已经知道每小时系统风量，在不考虑漏风前提下，为防止除尘器结露的最低温度是多少？假设带式除尘风机风量为26000m/h,大引风机风量为100000m/h解：除尘器尾气一般取140，干燥空气密度约0.8kg/m，则袋式除尘空气量20800
22、kg,静电除尘器80000kg。那么湿度分别为290g/kg、162g/kg。查表得饱和湿度下对应的温度分别为72和63。也就是说只要表层温度不低于72和63，就能保证设备不结露。水蒸气带走的能量上述条件不变，烘干机沸腾炉每小时排出上述水蒸气一共带走多少热量？解：假设原材料温度为20，根据Q=CmT有前面知识可知C水=C水蒸气=1大卡/kg/水的汽化热Q=530大卡/kg/Q烘+Q沸=13010*130+6030*140+Q=1691300+844200+19040*530=12626700大卡根据煤炭发热量可折煤炭2255公斤。石膏带走热量假设上述条件不变，一小时石膏带走多少热量？折原煤多少
23、？解：一小时产熟石膏60.96吨，C膏=0.26大卡/kg/Q膏=C膏mT+Q吸=0.26*60960*140+Q吸=2218944大卡+Q吸根据发热量折原煤396.24公斤+Q吸（由于未查到石膏水化热数值，上述计算没有考虑二水石膏向半水石膏转化吸收热，实际热量应该加上石膏转化吸收热，综合水蒸气带走热量，制粉每小时约消耗原煤5吨，Q吸约1512000大卡，折煤270公斤)热风炉氧含量计算有上题可知制粉热风炉一小时燃煤3000kg,原煤发热量5600大卡，煤炭完全燃烧需要消耗多少标况体积空气？有前面知识可知1kg煤含碳600g,甲烷250g解：C+O2=CO2CH4+2O2=CO2+2H2O12
24、321664600gx250gy可得x=600*32/12=1600gy=250*64/16=1000g燃烧需要m氧=x+y=2600g折合氧气1.857m（标况下氧气的密度为1.4kg/m,空气氧含量21%，完全燃烧需要标况V空=3000*1.857/0.21=26528m热风炉鼓风机选型如果炉膛温度控制930，鼓风机风箱温度为120，需要鼓入多少空气？（散热损失2%，机械损失3%）解：根据前题完全燃烧需要空气26528m，完全燃烧释放的能量为Q燃=3000*5600=0.31*26528*T得T=20432043/(930-120)=2.52考虑散热机械修正结果为2.4倍需要鼓入空气V=2
25、6528*2.4=63667m消耗的氧气占鼓入空气的比例为0.21/2.4=8.75%折工况空气量63667/(273+20)=V/(273+120)v=85396m考虑到1.2倍的设计余量，鼓风机可选100000m左右的风机，通过回流调整风箱氧含量在12%左右，尾排含氧量理论为3.2%，尾排含氧量每超出1%则漏风5%，意味着系统温度下降4.8%。石膏板单重的计算石膏板单重就是单位面积石膏板的重量，它包含护面纸、添加剂、二水石膏根据每平方米单耗：护面纸360g、淀粉16g、减水剂26g、白乳胶2g、发泡剂6g、柠檬酸0.5g添加剂和护面纸每平方米大概410g,而且这个值基本是固定的所以取0.4
26、1作为常数。假设制板生产生产速度为80m/min，建筑石膏粉用量32t/h,皮带秤膏粉结晶水5%，石膏板结晶水17%，水膏比64%，计算此时石膏板单重？(不考虑石膏板过烧和带水）根据石膏芯材的质量*时产量=时建筑石膏粉量+吸收水分量得：芯材质量=32000*(1+17%-5%)/(80*60*1.2)=6.22kg/石膏板的单重=6.22+0.41=6.63kg/石膏板蒸发量的计算根据物质守恒原理，在生产石膏板过程中：引入水-吸收水-皮带挥发水-石膏残留水=干燥机蒸发量凝固皮带挥发受环境温度的影响是一个经验值，冬季一般1.8t/h,夏季3t/h,石膏残留水分取0.2%，吸收水为建筑石膏转化成二
27、水石膏吸收的水分（17%-5%）*m建，引入水包括清水、添加剂溶剂、排压孔、边部施水、板面喷雾等。假设上述条件不变，水膏比就是所有引入水和建筑石膏的质量比那么单位时间取一小时可得：M蒸*80*60*1.2=m建*64%-m建*（17%-5%）-m建*112%*0.2%-1800=20480-3840-71.68-1800=14768.32公斤M蒸=14768.32/(80*60*1.2)=2.56公斤石膏板体积组成计算石膏板除去护面纸，板心部分是有石膏、气孔组成，其他添加剂可忽略不计，其中气孔分为两部分，一部分是发泡产生的，一部分是由于水分挥发留下的。根据单位石膏板体积=单位石膏板内泡的体积+
28、板内膏的体积（皮带上板心水分挥发很少可忽略不计）根据前面计算可知：一平方板材石膏芯材单重6.22kg，蒸发量2.56kg。有表可查二水石膏密度2.31kg/L，水1.0kg/L，由公式V板=V膏+V水孔+V泡孔护面纸上纸厚0.23mm，下纸0.27mm以9.5mm厚板材为例：V板=10*10*0.09=9LV膏=6.22/2.31=2.69LV水孔=2.56/1=2.56LV泡孔=9-5.24=3.76L通过计算可知石膏板中：石膏占体积29.9%水孔占体积28.4%泡占体积41.7%热效率计算根据换热器分配比例代表着热量分配比例，制板热风炉一小时燃煤2.8吨计算，考虑设备散热损耗6%，风机损耗
29、9%，则可得？热效率=Q吸/Q供Q吸=6548500大卡Q供=2800*5600*0.6*（1-15%）=7996800大卡=6548500/7996800=81.89%如果不考虑散热和机械损失总体热效率为：=Q吸总/Q供总=9590000/15680000=61.2%排湿热量分析假定原来一区排湿排风量为10000m/h，排湿温度为140，那么一小时带走多少热量？使用热风幕后，鼓风量为8000m/h换热后空气的温度为90，一小时可回收多少热量？Q排=CVT=0.31*10000*120/(413/293)=263913大卡Q鼓=CVT=0.31*8000*70/(363/293)=140123大卡如果喷淋塔原来水温20，回收湿气后温度升到50，每小时回收热水100吨，则回收热量多少？Q回=CmT=1*100000*(50-20)=3000000大卡折煤535.7公斤
