Dakpannen fabriek

DAK PAN N E N F A B R I E K ================================ ," I, , C.F.J. Geelen

~~~

... ~' " . I • ~ J.H.M. Wiertz " , 11

,.-e

-0

o

. q .*' PL."" q . • 1 -DAKPANNENFABRIEK ================

Bij het opzetten van een schema voor fabricage van dakpannen, hebben wij ons tot doel ges'teld;' een bedrijf

at

te zetteh van een grootte, zoals die over het algemeen in Nederland voorkomt; nl. met een productie van 3.500.000 pannen per jaar. Daar wij kunnen rekenen op' ± 300 werkdagen per jaar, geeft dit een dag-productie van 12.000 stuks, of per uur 500 dakpannen.

TIe grondstof

TIe klei,die geschikt is voor de ~abricage van dakpannen,is meest van tertiaire oorsprong en bestaat uit afzettingen uit het Plioceen. De klei wordt aangetroffen in banken van 3

à

4 meter, die bedekt zijn met een zand-en kiezellaag van ±

7

me-ter. De hoogst gelegen, kleilaag bevat veel ij zerverbinding -en en geeft daardoor bij het bakken een mooie rode kleur. Het onder-ste gedeelte van de kleibanken wijkt meestal hiervan af en be-staat uit een zeer plastische klei. In de kleiafzetting tre'ft men meermalen resten aan van bomen die grote'moeilijkheden kunnen veroorzaken bij de dakpannenfabricage.

~~"-t

We, laten hie

ee-I1.)

analyse VOlge~ een dergelijke

klei-soort. ~,

t

Gehalte aan:C aC0 3 is 1

'O%D

L:O'J.. \ '

~

/ _{Fe 203} is 6,2%

f'rl.P..!>

/ humus is

0,9% ..,)

K--/J 0 Granulaire samenstelling in

%:

0-2~ = 40,1 ' 45-

69f'=

8.0 2-1 O/,- = 13,8' _{60-~Ö;;U= 15,0} 1 0-25.Jt

=

12 ',;.5, 25-4~= 7,2

0

o

Zoals boven reeds aangegeven, treedt er in verticale richting een verschil op in de kleiafzetting~ Ook in horizontale rich-ting kunnen grote verschillen optreden wat betreft plastici-teit, granulaire samenstelling etc. Het is dus noodzakelijk voor het fabriceren van een goed product, om de grondstof de-gelijk te" mengen om inhomogeniteiten in het materiaal te voor-komen.

De klei voor pannenfabricage moet:

-'-:---;:;J.

2

-a) een grote plasticiteit bezitten; en daarom een groot gehalte aan fijne delen.

b) een niet te grote droog- en bakkrimp, daar dit oorzaak is van scheuren en ~romtrekken tijdens het fabricageproces. c) een groot gehalte aan ijzerverbindingen om de gewenste bak~

kleur te kunnen verkrijgen.

d) een laag gehalte aan pyriet, daar dit bij 400-600° C een gedeelte van zijn zwavel afgeeft, FeS.%. -" FeS + ~ ,. en dan wordt in de klei. een zwarte slak gevormd, die een laag smeltpunt heeft, waardoor een mindere sterkte verkregen " wordt; of de verbrande zwavel vormt bij het bakken met

ver-dampt~ H₂0 zwavelig zuur, dat op het te bakken product

neerslaat en een witte uitslagcgeeft van sulfJá1ten. ])e Kleigroeve

De ± 7 meter dikke deklaag van zand en kiezel moet van de klei verwijderd worden voor men met de afgraving van de klei kan beginnen. Een graafmachine schmlt de klei in verticale richting

o

o

af en verplaatst zich langzaam langs het front van de groeve. De losgemaakte klei wordt met behulp van een transportband los uitgespreid' in lagen van een halve meter 'dikte. Gedurende een winter blijft de klei ~ier liggen, terwijl vorst en regen hun verwerende invloed kunnen doen gelden. Door de verticale afgraving verkrijgen we reeds een goede menging van de ver-schillende kleilagen. Het tussen de 'kleideeltjes voorkomende water doet bij bevriezen, door de 10% uitzetting van het water; de klei uit elkaar vallen. We krijgen hierdoor een zeer fijne verdeling, hetgeen zeer belangrijk is voor de grondstof. Geen enkele machine is in staat deze natuurlijke verwering te ver-beteren. Door het toetreden van lucht treedt verrotting op van de aanwezige plantell;resten. Aanwez~g pyriet, 'dat onbaar is wordt door de lucht zuurstog geoxydeerd tot een oplos-baar sulfaat, dat door het regenwater kan worden afgevoerd. Na~

dat de klei een voldoende lange tijd aan de weersinvloeden is blootgesteld, vindt het transport naar de fabriek plaats. De Mengmolen

Bij fabrmcage van dakpannen is men gebonden aan bepaalde afme~

tingen, daar de pannen in de dakbedekking in elkaar moeten sluiten. Alle pannen 'moeten dus een gelijke krimp vertonen bij drogen en bakken. Is dit laatste niet het geval, dan krijgen we dus pannen van ongelijke grootte, die onbruikbaar zijn. Nu is het een feit, dat de krimp van de klei op diverse plaatsen in een zelfde groeve gedolven, nog vrij sterk kan varieren. We hebben in de hand om de krimp te regelen, door als vulstof een

-o

o

4

-niet krimpen~ materiaal toe te voegen. Hiervoor komen in aan-merking zand en gemalen chamotte; dit laatste is evenwel duur. Bij toevoegen van ,zand zijn we aan een maximum gebonden, daar in de oven het zand een 'uitzetting vertoont, waardoor het pro-duct kan scheuren. Zand en chamotte verbeteren bovendien de droog eigenschappen van de klei. Het kan soms, afhankelijk van de grondstof, nodig zijn om 10-15% zand aan de klei toe te voe-gen. Om zand in ,voldoende mate te mengen, maken wij gebruik van eenmengmolen, die bestaat uit een trog, waarin twee assen ro-teren, die voorzien zijn van 'snijmessen. TIoor de stand van de snijmessen wordt de klei langzaam door de trog voortbewogen. De verblijf tijd in de mengmolen moeten we ongeveer stellen op 15

à

20 minuten.

Het drooggewicht van een pan is 2230 gram.

Per dag wordt ve~bruikt: 24 x 500 x 2,23 kg. droge stof, is 26.700 kg. droge stof.

Het watergehalte bedraagt: 27,3%, dit is 7305,5 kg. water/dag. Per dag moet dus door de molen: 7305,5 + 26760 kg. klei

=

34065 kg. klei.

Het s.g. van de natte klei is ± 2. Dus door de mengmolen moet ongeveer 18 m

3

/dag.

De kleiaanvoer vindt plaats gedurende 8 uur/dag. Dus transport per uur is 2,25 m3/uur. '

Nemen we een molen met een trog van 0,5 m.breed en 0,5 m. diep, dan moet de 'lengte zijn bij een verblijf van 20 min. = 1/3 uur: 2325 x

f

~

t

=

3 m.

5

-De Kleikelder

Vanuit de mengmolen wordt de klei via een transportband A, die

.

langs de kE?lder loopt, in de kelder opgeslagen. 'In de kelder kan eventueel' met sproeiers ,water aan de klei worden toegevoegd

om het gewenste vochtgehalte te verkrijgen. In'de kleikelder blijft de klei ±

3

maanden liggen, om een goed~ vochtverdeling in de grondstof te verkrijgen. Het kleivèrbruik in

3

maanden, dwz. gedurende 3~0_ 75 werkdagen, is 75 x 18 m3 = 1350 m3 • We kunnen dus volstaan met een kleikelder~ die de volgende afme-() tingen heeft: 25 x 15 x 3,75 m.

o

Op transportband A bevindt zich een afstrijker, die de klei op,band B werpt, die dwars over de, kelder loopt en die ver-plaatst' kan worden in de lengterichting. Een afstrijker op band B, die zich over 'de band verplaatst, werpt de klei in de kelder. TIoor .de verplaatsbaarheid van band B en de afstrijkers, is het mogenlijk de kle~ in horizontale lagen uit te spreiden.

Een excavateur graaft de klei, die het langst in de kelder gele-gen heeft, af in verticale richting en werpt de klei op band C die evenwijdig loopt aan B. Band C transporteert de klei op band D, die weer langs de kelder loopt en die de klei naar de voor-bewerkingsapparaten vervoert. Door de ,wijze van vullen en af-graven van de kleikelder heeft deze, behalve een homogeniseren-de, ook een mengende werking.

De Voorbewerking

De voorbewerkingsapparaten bestaan uit: a) natte kollergang

b) kleiwalsen

-

6'-d) afsnijtafel.

De natte kollergang dient om de klei te kneden en eventueel te mengen met water, hoewel ~it laatste, indien enigszins mogenlijk in de kleikelder moet gebeuren. In de klei voorkomende stenen

worden kapotgedrukt en houtresten worden fijngewreven en verdeeld.

I

De kollergang bestaat uit twee loopwielen, die in een bak rond-rollen. In de bodemplaat van de kollergang zijn enige sectoren van gaten voorzien, waar de klei doorgedrukt wordt. Een voor de loopwielen uitdraaiende schraper brengt de klei1T:voor de wielen. () Het is ook mogenlijk om de wielen' op verschillende afstand van'

de as te laten lopen en alleen dat 'stuk van de bodem te perfo-reren, waar het meest naar binnen geplaatste wiel de bodem raakt. Het buitenste wiel vervult dan de knedende en malende functie.

. ,

Van de kleiwalsen zijn twee stellen in serie aangebr~cht; ze hebben tot doel om de in de kollergang kapotgedrukte grovere

delen fijn, te wrijven en om de klei nog eens fijn te ver(ielen; hiertoe roteren de verschillende walsen van ieder stel met

'ver-schillende 'snelheid .. Van de kleiwalsen valt de klei in de

va-o

cuumstrengpers, die bestaat uiteen horizontale cylinder, waar. een schroef transporteur in ronddraait. Deze schroef drukt de klei door een zeefplaat in een ruimte waar vacuum heerst van ± 30 mmo Hg. Doordat de klei zi~h in fijne verdeling bevindt, wordt de lucht aan de klei onttrokken. Met een lager geiegen. schroef transporteur wordt de klei dan door een tweede cylinder getransporteerd en de klei komt als een vierkante streng uit het mondstuk.

7

-De vacuumruimte is van de buitenlucht afgescheiden door de zich in de schroef transporteur bevindende kleimassa. De vacuumstrengpers dient om de klei nog eens goed te verdelen en de plasticiteit

te bevorderen. De kleistreng loopt vanuit de pers op een afsnijd-tafel, die dient om de ~leist~eng in koeken te snijden, die zo groot zijn, dat ze voldoende klei bevatten om één pan te persen. De-afsnijdtafel bestaat uit naast elkaar-liggende rollètj~s, waar de klei streng overheen schuift en waar met behulp van een veer-stalendraad de streng gesneden woidt~

() Indien de strengpers niet goed werkt, kan ditroorzaak zijn, dat er een gelaagdheid in de kleikoek optreedt. "Deze gelaagdheid vindt men terug in de dakpannen en ze kan oorzaak zijn van scheu-ren bij drogen en bakken, of van een kleinere vorstbestendig-heid van de dakpan.

Na de voorbewerking is de klei gereed voor'de vormgeving. Het persen

Het persen der pannen kan geschieden met een revolverpers, die bestaat uit een op en neerbewegende bovenvorm en een ondervorm, die op een vijkantige trommel b~vestigd is. Op deze trommel

o

_{zitten vijf ondervormen. Op de ondervorm wordt een kleikoek}

ge-~V'

legd, de bovenworm komt naar beneden en perst de dakpan, dan

~~.

.gaat de bovenvorm weer naar boven en de trommel draait 1/5 slag

~

verder, waarna de pan

~it

de vorm wordt genomen en op een hou-ten rekje gelegd. Met een revolverpers kunnen ongeveer 800

~annen/uur gevormd worden. De houten rekjes.met de natte

vor-melingen worden op een veerstalen rek geplaatst, dat aan een rail hangt en waar 40 pannen opgelegd kunnen worden. Op .deze rekken worden de pannen naar de drooginrichting vervoerd.

/ '

- 8 ...

,-' .

Bijpersen Nàast de revolverpers is een kleinere handpers aanwe-zig, waarop de hulpstukken voor een dakbedekking worden geperst,

o.~. vorstpannen en kantpannen. De panvormen kunnen van gips

of staal zijn. In het laatste geval moet, om plakken van de klei te voorkomen, de vorm bestreken worden met vormolie. Door film-vorming van de olie, levert dit nadèlen op bij het drogen. Bij de gipsvorm wordt in het poreuze materiaal een beetje water op-genomen, waardoor de pan makkelijk loslaat. Er kan ook gewerkt . worden met verwarmde vormen, waardoor tussen pan en vorm een

o

stoomlaagj e gevormd wordt., dat de pan lossend maakt.

o

Het Drogen.

TIe rekken worden met behulp van een ketting zonder einde door de droogtunnel getrokken. De lucht strijkt in tegenstroom langs de

materiaalstroom~ Het'is in verband met de warmte-economie gun-stiger om continu te werken, omdat we dan warmte verliezen bij opwarmen en afkoelen van de tunnel uitsluiten. Bij het uitgaan van de droger passeert het gedroogde materiaal een sluis, om het uitstromen van de warme lucht te verhinderen. Bij de ingang van het materiaal bevindt zich eveneens een sluis om recirculatie van de afgewerkte lucht te kunnen toepassen.

Voor de dimensionering van de tunnel en de benodigde warmte hoe-veelheid laten we de onderstaande berekening volgen.

Berekening droger

a) Gegevens van het materiaal

We willen een productie van 500 pannen/uur •

_.

;- ga-,

: : I ;. _1 ___ +_ I -+- -t--t _4 . . ~ , t-·

.-

-+ I I I j t- " - ~ I _ . .i --1-t--i--+-Ît't~_~ -+ I ' j , I f--'---;--+- -.,.--j--'---+--I--t--r--r---:"---:"--'--"-+-t--+--i-'--+--+---t--~~--+-+--+-+-, ~'T--+---- .. I I ~--~.~-+-l-~-1 t - " I " , I : I I i : . . I : ' : i I .l. : ! : : .• L.,

JJ-t:,' j , -·~-·r-:

_._;

-~~---T-i----r: --r--T--~- I

t

! ~-~! --t-. : : I . I I __ ---L--I '

o

9

-Het droge gewicht van een pan is 2230 gr.

De materiaalstroom per uur: 500 x 2,23 kg. = 1115 kg. = S Xo = 0,273 kgH₂0/kg droge stof = beginwatergehalte.

x eind=0,0255 kgH20/kg dro"ge stof= watergehalte als. we de droging afbreken.

x_k = 0,1847 kgH₂0/kg droge stof = watergehalte als de droogsnel-heid begint af te nemen bij drogen onder constante condities.

I

Het kritische punt ligt bij 7% waterverlies, betrokken 'op begin-gewicht natte klei: Uit experimentele gegevens is ons gebiLeken, dat de maximaal veilige droogsnelheid voor de betreffende klei bedraagt: 4 x 3,25 gr/uur per 260 cml

=

0,5 kg/m2uur.

•

De s.w. van klei is ongeveer 0,224 kcal/kg oe. b2 Gegevens tunnel en trans~ortinric~tigg.

De doorsnede van ·de tunnel leggen we vast op 3.00 x 1,25 m = 2 3,75 Doorsnede geleiding 4 x 270 cm 2 = 1080 cm2 11 _{dragers 10 x 90 x 2,5}

"

=

2250 cm2 11 _{rekjes 10 x 86 x 2} 11 ₁₇₂₀ 2 = cm 11 _{40 x 20 2}

"

1600 2 pannen x = cm 6650 cm =0,665 m 2 2 2 m () Open doorsnede : 3,085 m2

---Er hangt 1 rek per meter bandlengte. Hoeveelheid staal per mtr.lengte: 90 x 5 x 20 x 0,3 cm3= 2700 cm3 20 x 2 x 35 x 0,3 11

=

420 11 4 x 270 x 2 11 = 2160 11 2 x 20 x 100

_"

= 4000

_"

totaal 9280 cm3

S.g. staal ± 7,5 kg/1000 cm3 . Gew. staal per mtr. lengte;69,6 kg/m •

o

o

-

10-c) Berekening warmte-en stof overdrachtscoëff We willen .een luchtsnelheid van 4 m/sec.

Het soort. gew. van de gebruikte lucht van ± 40°C kunnen we bij benadering 1· kg stellen. We hebben dus een luchtstroom van

TIï3

4 x 3600 x 1 kg/hr per m2 open doorsnede

=

14.400~k~g

__ __ m2 hr.

De warmte overdrachtscoëf. berekenen we uit: h

=

0,0128 GO,8

Ibs Btu

G = " mass velocity" in h

=

w.o. coëf.

(s,ft) (hr) ) ( s r t ) (hr ) ( ° F ) 14.400 kg 2951 Ibs _{) h}

₌

7,64 Btu 2

=

m hr (S,ft) (hr) (s,ft) (hr) (OF) kcal = 37,31

---De maximaal veilige droogsnelheid 0,5 kg . wordt gegeven door

2 m hr. Bij ± 40°C PS r Tw ~

_57'1

kcal kg Dus Tg

-

Tw

<.

7,69 °c. ========

Voor lucht-water is Lewis ~·1_., dan geldt ook Hw-lig

=

Cp _~_h _ _ Tg-Tw r{w rTwkg k: =

-~~ g

_cp-

h = stof overdr. coëf.

Cp

=

0,24

*

0,45 X Hg.

=

o

11

-In het volgende zullen we berekenen dat Hg gemiddeld

°

, 0298 LtÁd

t6)/,z

IJ &uJj

bedraagt; daar h = 37,31 kcal vinden we voor

, '7 ~ .

m2hroC

k

₌

37,31

=

148 kg

g ₂

0,253 m hr.

~Berekening tunnellengte voor droging tot het kritische punt

De lengte wordt gegeven door:

We leggen vast dat de lucht, die de droger ver~aat, een tempera-tuur van 35°C bezit en een relatieve vochtigheid van 85%.

Met behulp van een psychbmeterkaant' vinden we dan dat het

water-gehalte bedraagt 0,030~ kg 'H20 per kg droge lucht = H1 .

. Het daarbij behorendenverzadigingsgehal te bedraagt H w₁ = '0,0318 kg H20 per kg droge, lucht.

In eerste instantie nemen we aan dat er geen warmteafvoer van

() en naar de omgeving plaats vindt.

Tot aan het kritische punt moet verdampt worden:

S ( x o- Xk) = 1115 (0,273 - 0,1847) = 98,5 kg H20 hr kg De open doorsnede is 3,085 m2

-m=2

h

-r

-De luchtstroom is 14.400

De totaal benodigde lucht is 14.400 x 3,085 kg

hr

=

44.500 kg

-~

Iedere kg lucht neemt dus op 98,5 = 0,0022 kg'H

2

0 44500

o

o

12 -Dus H k=0,0309 - 0,0022 = 0,0287 kg H20 kg diroge lucht

Het proces is adiabatisch aangenomen,.dus H = 0,0318 kg H20

< wk

----~--kg droge lucht Er bevinden zich 40 pannen per rek,

d~~pfer

meter bandlengte is.

Da-s

A_I

=

40 x 0,1488 m2

=

5,95 m2 1115(0,273 0,1847) L₁ = ' . , . . -148 x 5,95 x 0,00178 In1 (6 H) J L 1 = 62,85""" - _---63 meter ---We hebben een luchtstroom van 44500 kg

hr ± 0,25 kcal

kgOe

= 0,00178

met een s.w. van

Als de lucht

1°d

in .temperatuur daalt, komt vrij 44500 x 0,25 kcal= 11125 kcal.

In do "constant ratelt moet verdampt worden 98,5 kg H20, de

ver-. . kcal

damplngswanmte bedraagt 5,74 ~ __ __ kg

Voor verdamping benodigde warmte 98,5 x 574 kcal = 56540 kcal. Daardoor koelt de lucht <dus ongeveer 56540 oe af = 5,1 oe.

11125

Het staal van de transportinrichting moet .dan '5,1< oe s~gewa~md worden. TIaarvoor is nodigjde bandsnelheid per uur x gewicht

staal per meter x s.w.

We wensen een productie van 500 pannen per uur, er bevinden zich 40 pannen per mtr., dus de bandsn(Lheid bedraagt 12,5 ~

. hr

Voor het opwarmen van het staal hebben we nodig 12,5 x 69,6 x 0,12 x

kcal kcal

5,1

hr = 535,5 _hr

13

-Deze warmtehoeveelheid is te verwaarlozen t.o.v. de voor verdam-ping benodigde fuoe1z:selheid. De pannen blijven :Ln de "constant rate" op ~na-rt~ temperatuur van 32,80C, dus daarvoor is geen

warmte nodig. Bij het kritische punt moeten we dus lucht hebben

o 0 ' 0

met een temperatuur van 35 -I- 5,1 C

=

40,1 C. De N.B.T.

=

32,8 C,

lus Ll T

=

7, 3

0C •

Om de maximaal veilige droogsnelheid niet te overschrijden moet

~ T

<

7,690C en aan deze voorwaarde is dus voldaan.

e)Berekening tunnellengte voor dr.oging van het kritische punt tot

o

gewenst eindwatergehalte.

Uit experimentele gegevens blijkt, dat bij 500C de droogsnelheid nul wordt indien 20% van het têg~ngewicht als water verdampt is. Rekenen we dan het nog aanwezige water om op de droge basis, dan vinden we voor xe= 0,0191. Voor x_k

=

0,1847, en we willen drogen

to x1= ,°,0255. . '\ .. / /

We beschi'kken niet over voldoende experimentele ~egevens om de ' waterdampspanning aan het oppervlak van d~ drogende klei bij ver-schillende 'temperatuur te bepalen. We benaderen daarom, door aan () te nemen dat ook in de periode van afnemende droogsnelheid, de,

dampspanning aan het oppervlak hetzelfde blijft als in de periode met constante droogsnelheid. Tevens nemen we aan dat de droogsnel-heid afneemt, evenredig met de vermindering van het watergehalte. We kunnen dan de volgende formule toepassen:

L₂ G.S.( xk- xe)

[

Ho - Ei x - x

?

In k e

0

o

14 -Hierin is: G

₌

luchtstroom

=

44500 kg hr S ₌₌ sto~stroom

₌

1115 ' kg hr x

k

=

kritisch wa~ergehalte

=

0,1847 kg H20 per kg droge stof.

Xe == watergehalte in evenwicht meteindtemperatuur

=

_{0,0191.kgH20 per} kg. droge stof

x

1 = watergehalte waartoe ww willen drogen = 0,0255 kg H20 per kg k _g

₌

stof overdr. coëff.

Al = drogend oppervlak

=

148 kg

2

m hr per meter lengte

droge stof.

2

;::: 5,95 m

~#,O

Hi = vochtigheid aan oppervlak drogende stof= 0,0318 ~~~

Hk = luchtvo~htigheid bij kritisch punt = 0,0287 _"

Ho

=

luchtvochtigheid bij eind van de droging.

In Itfalling ratelt periode moet verdampen 1115(0,1847~, 0,0255) =

177,5 kg E₂₀

Vullen we al deze gegevens in bovenstaande formule in, dan vinden we 44500 X 1115 x 0,1656 L - )( 2- 148 x 5,95 (44500 x 0,0031 + 1115 x 0,1656)

X

2,3 log ( 0,0071 0,0031 x 0,1656 0,0064 =

o

- 15'-, 44500 x 1115 x 0,1656 x 2,3 x 1,7727

---

118 meter 880,6 x 322,59 ---

---Om in de"falling rate" periode 177,5 kg H20 te verdampen, zijn nodig 177,5 x 572 kcal

=

101530 kcal

hr h r

Als er geen verdere warmte nodig was, zou de lucht afkoelen 101530

=

9,1 oe. 11125

Als er een temperatuur verschil van 9 1

,

0, e is, is er nodig voot op-warmen van stalen transportenrj12, 5 x 9,1 x 0,12 x 69,6

=

945 kcal; deze hoe~eelheid warmte is practisch te verwaarlozen. We moet~n in "falling rate" periode evenwel oo~ de pannen opwarmen. Hiervoor is nodig 1115 x 16,4 x 0,224

=

4100

k~~l

Temperatuur verschil is 49,2 - 32,8 = 16.,4 o

c.

In totaal:is in "falling rate" dus bij benadering nodig: 101530 + 945 + 4100 kcal ~ 106600 kcal

hr hr

De temperatuurdaling hierdoor is dus 106600 11125

======

De lucht aan het einde van het droogproces heeft dus een tèmperatuur

o

vsn 40,1 + 9,6 ~ 49,7° e

---Bi~!onze berekeningen hebben we geen rekening gehoude~ met warmte-afgifte naar buiten. Deze warmteverliezen zullen betrek~elijk ge-ring zijn, omdat:

a) Het gemiddelde temperatuur verschil tussen tunnel en omgeving gering is.

b)Door het naast elka~r liggen der diverse tunneldelen het buiten't

I

!

I 16

-c) Het mogenlijk is de buitenwanden te isoleren. f)Berekening tunnellengte voor opwarmen .vormelingen.

D e pannen e h bb en na e h t persen een empera. uur van ongeveer t t 20 °C. Voordat ze de "constant rate" periode binnenkomen, moeten ze dus eerst opgewarmd worden tot de natte bol temperatuur 32,8 o

o.

We moeten de tunnel dus verlengen met een stuk waarin deze. opwarming plaats vindt. AId de lucht de tunnel, waarin de "constant rate" droging plaats vindt, verlaat, heeft ze een relatieve ~ochtigheid'

van 85%, ze kan dus maar zeer weinig water meer opnemen. taar ~

( ) vonàien het klei-oppervlak een lagere temperatuur heeft dan de

natte bol temperatuur, nemen we bij dit probleem aan dat er geen

o

verdamping plaats vindt.

Voor de s.w. van de natte klei met x kcal .~~ ~,*'I

.'

= 0, 273Ykunnen we berekenen 0,39 ° kg C.

Per uur moeten we opwarmen 1,273 x 1115 x 0,39 x 12,8 kcal _hr

= 7090

k~;l.

(.6

T =

12,8~.)we

moeten immers opwarmen

~an

20°0 tot 32 ,8°0) Bij afkoeling van de lucht met 10C komt vrij 11125 kcal. De lucht

daal t dus 7090 e--°C in temperatuur = 0, 6PC. 11125

======

Beschou$wen we nu. 1 pan. Opp;

A

= 0,.1488 kcal

m2hroO

2

m • De w.o. coëff. =,37,31

De luchttemperatuur is gemiddeld 35 -

~

=

34,7°0. De gemiddelde pan temperatuur is

32,~

'+

20

~

26,40C. Het

gemiddeldetempera~uur

verschil is dus 8,3°0. De warmtestroom naar 1 pan is dus:

37,31 x 0,1488 x 8,3 kcal _hr 46 kcal _hr

o

0

- 17

~e

vàrblijftijd van de pannen is dus:

1t6

2 uur =

0,313

uur. De bandsnelheid is

12,5

~r • TIe extr~ lengte voor opwarmen be-draagt dus

0,313

x

12,5

m =

3,92

meter ---

4

meter

- ---g) De lengte van de tunnel

L

₁

+

_L2

+ lengte voor opwarmen =

63

+

118

+

4

'm =

185

m.

We brengen 7 bochten in de tunnel. De keerwielen hebben een dia-meter 'van

1,25

m. TIe halve omtrek is dus

1,95

m.

L

In de bochten b$vindt zich dus

7

x

1,95

m

=

13,65

m bandlengte De twee rechte uitvoerstukken bevatten nog

1,35

m bandlengte

15,00

m.

De lengte per recht stuk band is dus

185 - 15

=

21,25

m.

8

De lengte van de tunneldelen wordt dus

1,2.5

*-

21,25

+

1,25

meter =

=

23,75

meter. Hiervan worden

8

banen naast elkaar geiegd.·

,

h) Berekening benodigde hoeveelheid warmte Voor verdamping

(177,5

+

98,5)574

k~~l

=

Voor opwarmen band

12,5

x

69,6

x

0,12

x

30

"

11 _klei

₁₁₁₅

_x

_0,224

_x

₃₀

k~~l

"

"

water

276

x

1

x

30

kcal _hr Stralin,gsverliezen 2i% totaal = kcal hr

158424

k~~l

3150

7493

8280

"

"

"

177347

kcal hr

3433

_"

180780

kcal

l i r

==============

Bij afkoeling van

44500

kt lucht met

1°C

wordt geleverd

11125

k~~l

De luchtstroom moet dus bij ~ngaan der kamer een tenpe:r:atuur hebben

180780

e

_C

=

18

-We moeten ·dus lucht invoeren'van 50,6oC en een H = 0,0247 kg,H 20 per kg droge lucht.

Nemen we aan dat we buitenlucht kunnen aanzuigen, die een ge-middelde temperatuur heeft van 10°C. In Nederland is de gemid-delde relatieve vochtigheid 75%. De lucht bevat dan 0,0057 kgH₂'0, per kg droge luzht. Deze lucht kunnen we mengen met lucht die de droger verlaat, dus door gedeeltelijke recirculatie toe te passen. De ui tgangsluch t is 34',4 oe en bevat 0,0309 kg H₂0 per kg droge lucht. We hebben nodig 44500 kg lucht per uut. Hiervan nemen we x kg

bui-() tenlucht.Dez~ _{bevat x • 0,0057 kg H20, dan hebben we (44500 -} x)~1

lucht met 0,0309 kg H20 per kg droge lucht.

Nu is x • 0,0057 + (44500 - x)0,0309

=

44500 ][ 0,0247 ~ x = 10948 J~

========= '~

We zuigen dus aan 10948 kg buitenlucht per uur. en recirculeren 33552 kg lucht per uur.

Cp buitenlucht is 0,24 + 0,0057 x 0,45

=

0,2425 kcal. kgOe Cp circulatielucht is 0,24 + 0,0309 x 0,45 = 0,2539 kCgI

kg C. () Om de luchthoeveelheid tot 50,6 oe op te warmen is nodig:

10948 x 0,2425(50,6 - 10) + 33552.x 0,2539(50,6 - 34,4)

k~~l

=

= 245775

k~~l

Nemen we aan dat de luchtverhitters een overcapaciteit van 30% moeten hebben, dan moeten de verhitters

a~geven

319515

k~~l

=

320000 kcal

19

-i) Berekening luchtverhitters .

TIe te recirculeren.luchthoeveelheid is te regelen ~et jaloezillën in. het recirculatie ka~aal dàjl over de tunnel loopt} en met j aloeziën

in de buitenmuur openingen. De aan te zuigen buitenlucht hoeveel-heid kan door jaloeziën in het aanvoerkanaal worden geregeld.

De buitenlucht moet ongeveer tot op de temperatuur van de

recircu-. 'Wo><.de.-v. -vvvw~

5J .

latielucht (vochtigheid ca.85~T=ca. 350Gi'~aar men anders conden-satie zou krijgen bij directe menging.

Berekening van de verhitter voor de buitenlucht: De aan te zuigen

O

luchthoeveelheid bedraagt ca. 11000 kg per uur

=

25000 lb: W _{hr s.}

o

We nemen een extreme temperatuur aan van de buitenlucht, OOF. We moeten deze opwarmen tot 950F.

De s .w. van de lucht is Ca. 0,243 Btu (lb)(oF) De benodigde hoeveelheid warmte is dus

25000 x 0,243 x 95 ~ 580000 Btu _hr

lb

We nemen aan dat we verwarmingsstoom hebben van 5.--~-­_sqin (olrerdruk) en 227°F. De verdampingswarmte onder deze omstandigheden is dan

960 Btu _lb .'De benodigde hoeveelheid stoom is ca.

58~~g~ ~610

_{h r}

lb

Het gemidd~lde temperatuur verschil van de stoom in de buizen en

950

GO

·de lucht is: 227°_. +

₂

= 180°F.

Afmeting~n van de gekozen ribbenbuizen.

7 tibben per inch buislengte

ui tw. diameter buis 5/8 in = 0,625 in wanddikte 0,035 in

hoogte der ribben 0,41 in ribdikte 0,03 in

o

Opp. der ribben per ft. buislengte , .A_{f :}

7f

4

( 2 2 in

2 1,445 -- 0,625 ). 2.7.12

=

224,2 ft Opp. der buis per ft., A :

°

Ao=

rr.

0,625.12-

rr.

0,625 0,03 . 2 .7 .12 in 2 = 18,8

--r-r

ln Af + Ao= 224,2 + 18,8

=

243 ~

Totale omtrek van het verwarmend buisoppervlak per ft.: 4 .0,41 .7 .12 + 2

t

12 - 7 x 0,03 .12) = 118,8

De effectieve diameter is: 2 .243

De = -:;;;---:..~.;;.-=­

Tf .118,8 1,303 in

=

1,303

12 = 0,11 ft. Afmetingen van het gekozen verhitter-type:

in ft

20

-18 buizen in een rij, met een lengte van elke buis van 36 in. De 18 buizen naast elkaar in een raam hebben een breedte van 29 in. Het opp. van vrije doorstroming is:

A = 36x29 -

18~0,625.36

-

18X2~0,03xO,41x7x36

=

527 in2

=

3,66 ft2

s

De hoeveelheid doorstromende lucht per ft2 en per uur is: G = _s W s = 25000

_---

7000 lb

3,66

--as _(ft2_)(hr)

o

Bij de gemiddelde tuchttemp. Ta = 47°F is de viscositeit van de lucht:

~

=

0,0175 .2,42

=

0,042 lb .L ....

(ft) (hr) Het effectieve Reynoldsgetal is:

Re

s ~ ne.G s ~

0,11 .7000

-

₁₈₃₀₀

/A.

0,042

De bij dit Re-getal behorende factor jf voor ribbenbuizen uit 'grafiekj es ( Ker:R.:Process Heattransfer ) j f= 120.

Het warmtegeleidingsvermogen van' lucht bij 47°F bedraagt: Btu

k

=

0,014

(ft )(hr)( oF)

o

o

.... 21 -Btu =

c

s.w. = 0,243 _{(lb)(U F)}

(c.:-

l

₌

.

)~

{Oz243 .0,042 0,014

=

0,9

De warmte overdr. coëff. van de lucht film op het

luchtverhitter-oppervlka~is: h_{f= Jf •} .

_D

k

e

. 0,9

De gemiddelde vervuiling van de luchtverhitter heeft een afname van ca.

3%

van h_f tengevolge (practische ervaringen).

h1 _f 1.0 S ca _{. ,} 13 5

Warmtegeleidingsvèrmogen van

Ai

is : k

t

= 118 . Btu

(ft)(hr) (o@)

Btu

Men moet nu de warmte-overdrachtscoëff. ht

f , die geldt voor het totale uitw. opp. der ribbenbuizen, omrekenen op een warmte- over-drachtscoëfï. h 1_fo ' die betrokken kan worden op het inw. opp. der

1.

buizen. Hiervoor wordt gebruik~gemaakt van de methode uit "Kern'j ProcessHeattransfer".

(

De halve ribdikte Yb= 0,03

_2.

₁₂ = 0,00125 ft De straal der ribben is re = 0,72 in

De straal der buis is r_b

re

- rblV-

~'

f = k • Yb

Y

7

13,5 . -1-18-.-0-, 0-0~1-2-5: re

---= _r 2,3 . Uit de bijbehorende grafiek volgt SL = 0,95

b

o

o

22

-Het inw. opp. van de buis per

f~

Ai = 0,16 ft2. h~ _{= (..Jl.}

.

_{Af + A )} h f

·t

=( 0,95 224- 2..,2 1828

.

)

1325

f. 0

Ai

.

1 4-4- + 14-4- 0,16 =

l

De volgende berekening van de warmte-overdrachtscoëff. van de con-denserende stoom in verticàle buizen, is een "probeer-berekening".

om

De warmte-overdrachtscoëff. is nl. afhankelijk van de fildikte, dus van de hoeveelheid condenserend.e stoom in een buis en deze hoeveel-heid stoom per buis wordt vastgelegd dobr het aantal benodigde buizen. Het aantal benodigde buizen wordt echter bepaald door de

warmte~overdr·achtscoëff. ·h.

I _{_ ,toon?}

V, lb

Stel dat er 5 rijen van 18 rib-buizen nodig zijn; ca. 610 hr dus per buis 610 _{5. 18}

₌

_{6,77 hr} lb

eiM..

De stoombelasting perVft buis

=

,.." 6,77

=

!Y = 4-1 ,8

°2

618

12

. 3 , 14-' 6,77 = bevoehtigde omtrek lb (ft )(hr)

De viscositeit van water bij ca. 1850F '= 0,77 lb R -_{e -} 4-. _{0,77 -}4-1.8 - 220

t

~~

h /

J~.t

:= 0,31

L~,(

'I

.

}

(ft )(hr)

grafiek in Kern '- Heattransfer blz. 270

~

g in f,t 2 ) = J2,'I· tlJlf{f

hr

W arm ege el lngsvermogen van t 1 · d . . wat er b l· J. 1850 F l· s 0, 4- BI:. LL

(ft )(hr )oF

lb

P

van water bij 1850F is 60,5 f 3

2 t

/

-

t

60,5 • 32,17. 604- ₁₇₀ h = 0,31 . 0,4- = 0,772 Btu

o

o

23

-Bij condenserende stoom moet men rekenin~ houden met een afname van ~ met 10715% (li~.)

h

=

170 Btu

. (ft2)(hr)CoF)

TIe tobie warwte-overdrachtscoëff. van de stoom naar de lucht is: hf i

~

h i

=- _"

_1_36_., _1_5_0 __

~

G'

Btu

t

136 +150

~

(ft2)(hr)(oF) h f + h.

u

=

i J. 2

Het inwendig opp. van 1 rij buizen is: 18. 3. 0,162 = 8,75 ft

A

Het tom,aal verwarmende opp. vdat nodig is, volgt uit:

A':.

Q

U .

.8T

;... __ 58_0_0_0_0 __ ::. 40, 3 ft 2

80. 180

Het aantal rijèn rib-buizen dat men nodig heAft is dus:

4g:~5 =:~~~=~~~

Dus 4-5 rijen rib-buizen met 18 buizen perrij; lengte der buizen

'36 in, breedte van 18 buizen 29 in.

Volgens gegevens uit de "AerofintÜi.bes"- catalogus zou men met 3 rijen kunnen volstaan.

Berekening van de verhitter voor derecirculatielucht plus buitenlucht.

.Op te warmen hoeveelheid lucht 45000

~~.

,is ca. 100000

~~

TIeze hoeveelheid lucht moet van 950F tot 1250F worden verhit.

De ~.w. van dè lucht met die bepaalde vochtigheid bedraagt

Btu

0,25

----(lb)(oF)

Etu

Benod~gde hoeveelheid warmte is: 100000. 0,25. 30

=

750000

~h=r---Er wordt dezelfde verwarmingsstoom als bij de voorgaanden ve~hïtter

,

-o

o

24

-Benodigde hoeveelheid stoom

75~~go

""- 800

~~

Gemiddelde t'emp. verschil van stoom in de buizen naar' de lucht is

o 0

: 2270- (1 25

2

95 )

=

1170F.

Hetzelfde type ribbenbuizen als bij de voorgaande berekening wordt , genomen. A

=

18,8 o . 2 ln ft

= het totale verwarmende opp. per ft. Omtrek per ft ~uisl~ngte = 118,8 in.

2.243

])e effectieve d'iameter TI :-=.;.=-:.,~---- = 0,11 ft

e 77'. 118,8. 12

De buizen van deze verhitter hebben een lengte van 72 in, terwijl een rij 48 buizen bevat met een totale', breedte van 74,875 in. Het opp. van vrije doorstroming is: '

a _s = 72. 74,875 - 48. 0,625. 72 - 48. 2. 0,03. 0,41. 7. 72

=

18,3 ft2

w

s 100000

=

-=l'~18,3 lb - 5465

Gemiddelde luchttemp. T = 1100F; viscositeit bij deze temperatuur:

a lb ~ = 0,045 (ft)(hrj Het effectieve ]) e·Gs R = 'e s ~ R -e = getal is: 0,11. 5465 0,045 = 13360

De hierbij behorendem factmr jf= 90

. Warmte geleidingsvermogen van lucht bij '11 OOF, k = 0,0163

{

j

~ = 0,25. 0,045 0,0163 = 0,888 Btu ( ft ) (hr ) ( 0 F )

-1:5-De warmte overdrachtscoëff. van de luchtfilm op.de verhitter is:

.

~ k h f = j f X ---.De ( c.

~

J:

90 O,016

t

k"

7

..

0, 1

Btu i • 0,888 = 11,9

2

(hr) (ft )( oF Re~ening houdend met vervuiling:

h f

t .

~sca.

Omrekening van 1fÎ_i ' op h_i ' J betrokken op het inwendig oppervlak.

i

Yb = halve' ribdikte =

0,0012'5

ft () re = straal der ribben = 0,72 in

11,7 . . - 0,303 118. 0!Ö0125 ~ =, 2,3 : uit grafiek ~ =

0,95

r_b h " _f = /0,95e i

t'

224,2 + 18,8) 144 144 11,9 0,16 = 119 Bilt.

De berekening van de warmte overdrachtscoëff. van de film in de (), buizen is geheel analoog aan de voorgaande berekening.

'Er

wordt aangenomen dat twee rijen buizen nodig zijn.

De ~toombèlasting per ft buis = 800 = 51,5 __ l~b ____ __

96 • 0, 1 62 (hr ) (ft)

Wàrm~egeleidingsvermogen van water bij ca.

200

0

F

=

0,4

Dichtheid van water bij 2000F

=

60 lb ft

3

o

o

lb De viscositeit bij

200

0

F = 0,68

(ft)(l!r) R -

4. 51ä5 = 206

303

e -

0,6

0,68

= uit grafiek h

= 0,28. 0,4

Btu

De totale warmte overdrachtscoëff. van de stoom naar de lucht

• h.

3.

119. 150

119 +150 .

Het inwendig opp. van ~ rij buizen is

. . 2

48. 6. 0,162 = 46,66

ft

Het tdial verwarmende opp. dat nodig is, volgt uit:

Q

= 750000.= 97,13

ft

2

U.,óT

66.117

is:

Men heeft dus nodig

97,13 .= 2,08

rijen van rib-buizen; lengte der

·46,66 .

buis

72

in, breedte van

48

buizen

74,875

in.

Volgens de gegevens uit de " Aerofintubest~- catalogus, zou men met 1 rij kunnen volstaan.

.-16-Uit de verglijking van de berekeningsresultaten met praktijk gegevens blijkt, dat men over een ruim voldoende "overcapaciteit" van de lucht-verhitters-installatie beschikt.

De "blower" die boven op de droogtunnel in het reci:t-culatie-kanaal staat,

.

valt nog juist onder het normale type.

o

o

-:rl-Het Bakken

Met behulp van een hangende ketting transporteur worden de pannen

naar de ovens vervoerd, waarin de pannen op elkaar worden gestapeld

en gebakken.

Als oventype nemen we een kameroven met overslaande vlam. Hoewel

uit warmte-economisch oogpunt bezien, deze discontinue oven

on-voordelig is, biedt hij voor het bakken van pannen, daartegenover

. ontegenzeggelijk voordeel.

,

r

De meest warmte-economische ovens zijn de continue ovens;

a)

Ho~fmann-of

ringoven

b) Tunneloven.

Bij de

Ho~fmannoven

is het, niet mogenlijk om reducerend te stoken,

bovendien vindt hier direct contact plaats tussen brandstof en

het te bakken product, waardoor dit laatste kans loop om

veront-reinigd te worden. Men verkrijgt daardoor een ongelijkmatig product.

De tunneloven is

zee~

duur in zijn constructie, en over het

alge-meen heeft de tunnel oven een te geringe' capaciteit, waardoor hij

m~er

geschikt is voor fijn keramische materialen. Afgezien van de

slechte warmte-economie biedt de kameroven met overslaande vlam

slechts voordelen. De grootte van-deze ovens is dusdanig, dat ze

net een dagproductie van 12000 pannen kunnen bevatten. De ovens

worden aàn de zijkant gestookt, de vlammen stijgen op tussen de

ovenwand en een muur en worden door het ovengewelf gekeerd, waarna

ze naar beneden trekken door het te bakken materiaal. In de

oven-vloer zijn kanalen aangebracht, die e'en aanslui ting hebben op het

hoofdrookkanaal, dat naar de schoorsteen gaat. Het is in de

over-, . - - - .-.

slaande vlamoven gemakkelijk om reducerend te' stoken. De oven is, naast zijn goedkope constructie, gemakkelijk te repareren en de temperatuurregeling is goed in de hand 'te houden.

, t

, ,

In een kameroven met overslaande vlam kunnen we met een oxyderende

-18-of reducerende atmosfeer stoken. Door deze wijze van stoken wordt de

o

kleur bepaald, die eveneens afhankelijk is van het ijzer- en cal-cUimgehalte in de grondstof.

ijzeroxyde

Is de verhouding calciumoxyde

<:

0,66 , dan ver~rijgen we bij oxyderend stoken een gele kleur en dit is voor dakpannen aller-minst gewenst.

In de door ons verwerkte kleisoort is deze verhouding 6,2 ; dus bij oXfderend stoken verkrijgen we een rode kleur, doordat de aanwezige ijzerverbindingen overgaan in het rode F 03 .Stoken _e

2

we reducerend, dan gaat het F 03 over in het zwarte Fe 04 en

e

₂

3

zelfs in Fe • Tevens kan hierbij grafiet afscheiding op de pannen plaats vinden, waardoor deze een zilverglans krijgen. De tempe-ratuur waarbij gestookt wordt, vormt ook nog een bepalende factor. () Normaal worden dakpannen gestookt bij 9000 - 9500 C. Een

tempera-tuurverhoging maakt de kl~ur donkerder, doordat bij die tempera+ tuur een smelting in de pan optreedt, waarin rode kristallen

voor-komen~

Stoken we eerst reducerend en daarna, ge~urende korte tijd oxyderend, dan verkrijgen we een gevlamd product. Het is dus mogenlijk om bt brudcen in een overslaande vlamoven allerlei kleurschakeriingen te 'verkrijgen.

o

IV

o

J' 11 ~ 0 0

Een oven wordt 'gebakken doorYgedurende 12 uur op

900 -950

c

te houden.

De opwarming en afkoeling moet zeer regelmatig en langzaam ge-schieden. Plotselinge temperatuur veranderingen, veroorzaken veel breuk. De temperatuurcon~~ole geschiedt met behulp van een pyrometer.

Het Sorteren.

Na het bakken en de afkoeling worden de pannen uit de ov~n ge-haald en gesorteerd, op kleur, scheurtjes en regelmatigheid van vorm. Het materiaal wordt dam op stapels gezet en is klaar voor de verzending. Het uitschot kan gemalen en als chamotte toegevoegd worden aan de plastische klei of als zodanig verkocht worden.

o

Literatuur.

Rijken A.J. : Aardewerk en aardewerk industrie. Searle A.B.: The clayworkers handbook.

Searle A.B.: Refractory materials." Norton F.H.: Refractories.

Salmang H. : Die Keramiek,phys. und Chem.Grundlsgen. Ferry J. : Chem.Eng.Handbook.

Kern D.Q. Process heat transfer. Brown'G.G. Unit operations.

~ -~-~---'- ... _--.. ' 1 _ " , .f '.

KL

e

c' KeI cie t: 1\ ,I

Of

sLa,

ft··

p;'oduc,t

r -

-~ - j. ",'

•

\ ... ... ~--

\-

----rt.· .' ~~~"""'f'--=----~----'~-_<o':_---d -::. -;~;~;;~~~-_ ... _--_. v - lUr::JfTSl.VlS ""BBENt5IJIZ:EN - - - 1 ~ 1" i