Что такое автоклав для строительных материалов

Автоклав

Автокла́в — аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта. При использовании в химии или для проведения химических реакций используют название химический реактор. При использовании в медицине для стерилизации при высоком давлении и температуре — только автоклав. В случае, если стерилизация проводится при высокой температуре, но без давления, используют термин стерилизатор или сушильный шкаф. Был изобретён Дени Папеном в 1679 году. Автоклав — Реактор для гидротермального синтеза [1]. Представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд, герметически закрываемый сферическими крышками. Диаметр автоклава 2–3,6 м, длина 19–40 м.

Содержание

Разновидности автоклавов

Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т. п.

Конструкция автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МН/м² (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Для химических производств перспективны бессальниковые автоклавы с экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения. Ротор этого электродвигателя насажен непосредственно на вал мешалки и накрыт герметичным тонкостенным экраном из немагнитного материала, не препятствующего проникновению магнитных силовых линий от статора электродвигателя к ротору. При производстве строительных материалов применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют из себя трубу 3—6 м в диаметре и 15—20 м в длину, закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с 2-х сторон). Вдоль по длине автоклава расположены рельсы для вагонеток с изделиями. Автоклавы оборудованы магистралями для впуска насыщенного пара, перепуска отработанного пара в другой автоклав, выпуска пара в атмосферу или в утилизатор и для конденсатоотвода.

В пищевой промышленности используются вертикальные и горизонтальные автоклавы широкого спектра разновидностей, размеров и принципов действия. Например, в горизонтальных автоклавах для пищевой промышленности может создаваться необходимое противодавление по отношению к каждой отдельно взятой упаковке с продуктом, что позволяет проводить стерилизацию продуктов не только в жесткой таре (стеклобанка, жестебанка), но и в мягкой и полужесткой упаковке.

Применение автоклавов

Автоклавы применяются в химической промышленности (производство гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза); в гидрометаллургии (выщелачивание с последующим восстановлением из растворов цветных и драгоценных металлов, редких элементов); в резиновой промышленности (вулканизация технических изделий); в пищевой промышленности (стерилизация, пастеризация продуктов [в том числе консервов] [1] , приготовление пищи ); в промышленности стройматериалов. Автоклавы широко используются в медицине. Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твердых форм. Рубашка автоклава защитная — устройство, предохраняющее швы и основной материал корпуса реактора от воздействия теплоносителя. Массовое применение автоклавы получили именно в пищевой промышленности. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения. На сегодняшний день для этих целей во всем мире постоянно используется около 1,5 млн. автоклавов.

Принцип работы системы в пищевой промышленности

Автоклавный способ приготовления пищи это метод приготовления продуктов в герметичном сосуде или в автоклаве, не позволяющем воздуху или жидкости покидать емкость, находящуюся под высоким давлением. Поскольку, при увеличении давления точка кипения жидкости смещается вверх, температура жидкости внутри системы может быть повышена до 100 °C. При этом жидкость не достигает точки кипения. Большинство кулинарных систем высокого давления работают при рабочем давлении в 15 psi, согласно стандарту установленному в Соединенных Штатах еще в 1917 году. При таком давлении, жидкость закипает при температуре в 125 °C. Повышенная температура позволяет приготовить продукт несоизмеримо быстрее стандартного способа.
Например, порезанная свежая капуста готовится в течение одной минуты, сохраняя всю витаминную и вкусовою гамму продукта. Свежие зеленые бобы или небольшие картофелины готовятся около пяти минут, а целая курица до 3-х килограмм — около 20 минут. Другое преимущество автоклавного способа приготовления пищи — достижение эффекта тушения и медленного кипения продукта за очень короткий срок.
Прототип первого автоклава изобрел французский физик Дени Папен в 1679 году. Сегодня небольшие установки используют альпинисты, для того чтобы вскипятить воду на больших высотах. Высоко в горах вода выкипает, не достигая температуры 100 °C, что препятствует правильному приготовлению пищи и нормальной тепловой обработке продуктов, как писал Чарльз Дарвин в «Путешествии на Бигле».
Автоклавный способ приготовления пищи считался очень взрывоопасным. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения.

Принцип работы системы

При обычных условиях нагрев воды выше точки кипения невозможен. Как только температура достигает 100 °C, вода перестает нагреваться. Это происходит из-за интенсивного испарения воды в процессе ее нагрева. Если вода кипятится долго, то она полностью переходит в пар.
Когда вода или жидкость кипятится в автоклаве, повышается точка кипения. Как только температура супа или пюре достигает 90 °C, начинается интенсивное испарение. Водяной пар, являясь, по сути, газом, создает избыточное давление в сочетании с температурой, что приводит к остановке испарения. Чем выше температура, тем выше давление в системе. Тепло, генерируемое при повышении давления, называется латентным теплом и имеет большую проникающую силу в структуру микроорганизмов, разрушая их в даже дремлющем состоянии — в спорах. Подобный процесс легко достижим при приготовлении твердых непещеристых продуктов. В случае приготовления губкообразных, пещеристых продуктов, следует выбирать систему с глубоким вакуумированием танка. Остаточное содержание кислорода может способствовать защите бактерий от разрушения, создавая термоизоляцию для их оболочек. Современные автоклавы используют фракционное вакуумирование, которое удаляет кислород в несколько циклов, обеспечивая 100% проникновение пара в процессе стерилизации и гомогенизации продукта.
Приготовление пищи автоклавным методом позволяет готовить блюда в разы быстрее, с сохранением всех питательных свойств продукта.

Давление

Приготовление пищи на пару под высоким давлением — это наиболее диетический способ приготовления продуктов. Высокое давление способствует выходу естественных натуральных соков из продукта, позволяя готовить блюда при высоких температурах в собственном соку. Приготовление при высоком давлении позволяет «восстанавливать» поврежденные ткани продуктов, упакованных в вакууме или ранее замороженных.

Супернагретый пар, образованный при высоком давлении повышенными температурами, позволяет готовить от 3 до 10 раз быстрее. Обработка высокотемпературным паром позволяет готовить без соли, с минимальным количеством масла, сахара, ароматизаторов и улучшителей вкуса, с меньшим старением и высыханием при сохранении свежести вкуса.

Питательные вещества

Приготовление под давлением позволяет сохранить все питательные элементы продуктов. Поскольку пища готовится в безвоздушной среде и очень быстро, минимальное количество витаминов, жидкости, минералов, солей вываривается в процессе кипячения.

Низкое содержание жиров

Приготовление пищи под давлением, это, по сути, процесс приготовления обезжиренной пищи. Горячий пар сцеживает жир из микроволокон продукта, выделяя его в окружающую жидкостную среду.

Обеззараживание продукта

Плесень — это грибок, который растет как шелковистые нити и появляется на продукте в виде пушка. Некоторые виды плесени выделяют микотоксины, которые опасны для здоровья. Плесень может появляться и размножаться в кислотах, которые защищают нас от бактерий. Плесень разлагает продукты на ферменты и делает их непригодными для употребления. Частично кислоты нейтрализует вредоносное действие плесени. Плесень и дрожжи разрушаются при температуре от 60-87 градусов.

Эксплуатация промышленных автоклавов

Для применения автоклавов владелец обязан обеспечить содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы.

В этих целях необходимо:

• назначить приказом из числа специалистов, прошедших в установленном порядке проверку знаний Правил, ответственного за исправное состояние и безопасное действие сосудов, а также ответственных за осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

• Количество ответственных лиц для осуществления производственного контроля должно определяться исходя из расчета времени, необходимого для своевременного и качественного выполнения обязанностей, возложенных на указанных лиц должностным положением. Приказом по организации могут быть назначены специалисты, ответственные за исправное состояние сосудов и ответственные за их безопасную эксплуатацию;
• назначить необходимое количество лиц обслуживающего персонала, обученного и имеющего удостоверения на право обслуживания сосудов, а также установить такой порядок, чтобы персонал, на который возложены обязанности по обслуживанию сосудов, вел тщательное наблюдение за порученным ему оборудованием путем его осмотра, проверки действия арматуры, КИП, предохранительных и блокировочных устройств и поддержания сосудов в исправном состоянии. Результаты осмотра и проверки должны записываться в сменный журнал;
• обеспечить проведение технических освидетельствований, диагностики сосудов в установленные сроки;
• обеспечить порядок и периодичность проверки знаний руководящими работниками и специалистами Правил;
• организовать периодическую проверку знаний персоналом инструкций по режиму работы и безопасному обслуживанию сосудов;
• обеспечить специалистов Правилами и руководящими указаниями по безопасной эксплуатации сосудов, а персонал — инструкциями;
• обеспечить выполнение специалистами Правил, а обслуживающим персоналом — инструкций.

В организации, эксплуатирующей автоклавы, должны быть разработаны и утверждены инструкции для ответственного за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов и ответственного за осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов.

При эксплуатации автоклавов следует руководствоваться нормативными документами, ежегодно утверждаемого Госгортехнадзором России Перечня действующих нормативных документов Госгортехнадзора России.

Проектирование, производство, эксплуатация промышленных автоклавов

На территории Российской федерации устанавливают требования к проектированию, устройству, изготовлению, реконструкции, наладке, монтажу, ремонту, техническому диагностированию и эксплуатации автоклавов «ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ» ПБ 03-576-03

Ответственность за нарушение ПБ 03-576-03 Правила обязательны для исполнения всеми должностными лицами, специалистами, работниками, занятыми проектированием, изготовлением, реконструкцией, монтажом, наладкой, ремонтом, техническим диагностированием и эксплуатацией сосудов. Лица, допустившие нарушение настоящих Правил, несут ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Автоклав

Автоклав представляет собой аппарат, предназначенный для осуществления разнообразных процессов при нагревании и под давлением, превышающим атмосферное. Наличие данных условий позволяет достигать ускорения реакции, а также увеличение выхода продукта.

Используя в химической области для проведения разнообразных химических реакций, данный аппарат называют химическим реактором. Используя в медицине (стерилизация при высоких температурах и высоком давлении), данный аппарат называют только автоклавом. Если же процесс стерилизации осуществляется без воздействия высокого давления, то применяют термин стерилизатор либо сушильный шкаф.

Разновидности автоклавов

Существуют автоклавы вертикальные, колонные, горизонтальные, качающиеся, вращающиеся. Автоклав может быть представлен в виде сосуда замкнутого, либо с крышкой. Автоклавы могут быть снабжены наружными, выносными, внутренними теплообменниками, а также электромагнитными, пневматическими или механическими перемешивающими устройствами. К тому же автоклавы по мере необходимости могут быть оснащены контрольно-измерительными устройствами для регулирования и измерения температуры, уровня жидкости, давления и т.д.

Конструкция автоклава

Основные параметры и конструкция промышленных автоклавов бывает разнообразной. Они могут иметь емкость от нескольких сотен м3 до десятков см3 и предназначаются для работ при температурах до 5000С и под давлением до 1500 кгс/см2.

В химической промышленности перспективны автоклавы безсальниковые с экранированным электродвигателем, которые не требуют уплотнения. В этом электродвигателе ротор насажен прямо на вал мешалки, накрыт тонкостенным герметичным экраном из немагнитных материалов, которые не препятствуют проникновению силовых магнитных линий от статора к ротору электродвигателя. В процессе производства строительных материалов используют тупиковые либо туннельные автоклавы. Внешне – это трубы от 15 до 20 метров в длину и от трех до шести метров в диаметре, закрываемые крышкой.

Применение автоклавов

Автоклавы используют в:
— Гидрометаллургии (выщелачивание и последующее восстановление из растворов драгоценных и цветных металлов, редких элементов).
— Химической промышленности (изготовление органических красителей и полупродуктов, гербицидов, в процессах синтеза).
— В резиновой промышленности (процесс вулканизации технических изделий).
— В производстве строительных материалов.
— В консервной промышленности.
— В медицинской сфере.
— При создании предметов из карбонового волокна (чтобы придавать им твердые формы).

Особенности производства автоклавного и неавтоклавного газобетона

Газобетон – тип ячеистого бетона, отличающийся повышенной по сравнению с остальными прочностью. Обусловлена она как составом материала, так и особенностями его изготовления.

Оборудование для производства газобетона

Схема производства включает несколько стадий, каждая из которых обслуживается соответствующим рабочим модулем:

1. подготовка ингредиентом для смеси, дозирование, смешивание;
2. заливка смеси, созревание;
3. резка массива, распределение и накопление;
4. автоклавная обработка;
5. разгрузка и упаковка готового продукта.

Мощность и тип оборудования определяется масштабами производства. Но в любом случае свои качества газобетон может полностью реализовать только при изготовлении в промышленных условиях.

Подготовка сырья

Исходное сырье для получения газобетона включает такие основные ингредиенты:

– составляет около 70%; ;
• известь-кипелка; ;
• алюминиевая пудра;
• вода.

Соотношение ингредиентов может быть разным, поскольку выпускается несколько видов газобетона по составу и по свойствам. Каждый ингредиент проходит соответствующую обработку.

• Песок, как правило, хранящийся на складе, транспортируется фронтальным погрузчиком в бункер, откуда ленточным транспортером передается в шаровую мельницу. Здесь песок перемалывается вместе с гипсовым камнем. Стоимость шаровой мельницы зависит от мощности, объема и бренда — от 250 тыс. р. до 950 тыс. р.
• Полученный шлам передается в шламбассейн объемом в 80 куб. м, оснащенный одновальной мешалкой. Количество таких бассейнов зависит от масштаба производства.
• Дозирующая система, в память которой заложена рецептура газобетона, взвешивает ингредиенты и подает их в смеситель. На этом этапе контролируется температура и смеси, и ингредиентов. Стоимость одного автоматического дозатора – от 230 тыс. р.
• В усредняющий бак, в котором накапливается смесь перед подачей в смеситель, наосом подается водная алюминиевая суспензия (ее готовят из алюминиевой пудры). Это взрывоопасное вещество, поэтому в этом аппарате предусмотрены меры по взрывобезопасности. Можно использовать алюминиевую пасту, которая к взрывоопасным веществам не относится.
• Смешивают ингредиенты в скоростном смесители – 4 мин. Стоимость этого агрегата сильно зависит от объема и мощности – от 82500 до 230000 р.

Созревание материала

В отличие от пенобетона, пористость которого обеспечивает смешивание с готовой технологической пеной, здесь внутри смеси при смешивании и созревании происходит химическая реакция. Она характеризуется резким увеличением объема материала.

• Готовая смесь из смесителя заливается в стальные формы – 6160 мм *1580 мм* 690 мм, слоем не более 350 мм. Стоимость форм – от 22500 до 35000 р.
• Вспухание происходит за очень короткий промежуток времени. Равномерность распределения пор обеспечивает текущая реакция, но, кроме того, материал подвергается воздействию виброигл.

На этом участке газобетон находится около 150 мин, пока не набирает необходимой для дальнейшей распалубки и резки твердости.

Перемещение газобетона, еще не достигшего своей проектной твердости, допускается только в жесткой корытообразной форме. В таком виде материал передается на резательную машину.

Резка массива и накопление

Материал помещают на резательную тележку.

• С помощью устройства предварительной резки массив обрезается по длине, ширине и высоте. Инструментом могут выступать как струны, так и ножи. Режущими струнами производят выравнивание поверхности, если в этом есть нужда.
• С помощью устройства боковой обработки в массиве вырезают профиль.
• Горизонтальный аппарат – только струны, режет массив горизонтальными слоями.
• Затем материал переходит на вторую резательную тележку, где автоматом поперечной резки производит резку по высоте. Стоимость таких аппаратов начинается от 450 тыс. р.

Все обрезки сбрасываются в шлам-канал, который периодически промывается водой.

Автоклавная обработка

Автоклав для производства газобетона обеспечивает ускоренное созревание бетона при повышенном давлении в 0,8–1,3 МПа и при температуре водяного пара в 175–191 С. Именно автоклавная обработка и позволяет получить материал более прочный при тех же показателях пористости, так как в газобетоне в таких условиях продолжают идти химические реакции.

Накопленные готовые блоки загружают в автоклав. Как правило, материал пребывает здесь около 12 часов. Из них 1,5 часа занимает подъем давления и температуры и 1,5–2 часа – поэтапное снижение давления.

Время обработки зависит от типа материала: состава, плотности и так далее. Однако если газобетон, в основе которого использовался портландцемент, может достигнуть проектной прочности и без автоклавной обработки, то в случае с газосиликатными блоками этот этап является абсолютно обязательным. Стоимость автоклава – от 290 тыс. р. до 4 млн. р.

Разгрузка и упаковка

• Из автоклава массив на специальной решетке выгружается на линию разгрузки. Краном, массив снимается с решетки и переносится на деревянные поддоны. Может использоваться механическое разделительное устройство.
• Решетки автоматически промываются, смазываются и возвращаются на стол кантования.
• Поддоны с газобетонными блоками упаковываются в термоусадочную пленку и перевозятся в склад хранения.

Далее поговорим про цены на оборудование для производства газобетона.

Стоимость технологической линии

Производство такого рода предлагается в виде готовой технологической линии разной степени сложности и мощности. Стоимость, соответственно, тоже будет разной.

• Так, линия с производительностью в 10 куб. м. в сутки неавтоклавного газобетона стоит всего 125 300 р.
• Такое же производство неавтоклавного газобетона, но с производительностью до 32 куб. м оценивается 755 000 р.
• Линия по изготовлению автоклавного газобетона ощутима дороже и стоит не менее 7 500 000 р.

Технологии

Существуют два способа получения материала: с автоклавной обработкой и без нее. Первый метод обеспечивает большую прочность и значительно сокращает сроки изготовления, так как газобетон набирает проектной мощности за 12 часов.

Автоклавная

На первом этапе подготавливают сырье: перемалывают песок с гипсовым камнем, подготавливают воду – она должна быть очищена и нагрета до 40 С, прогревают другие ингредиенты при необходимости: температура смеси в смесителе должна достигать 35 С.

• С помощь дозаторов загружают по очереди шлам, воду, вяжущее – портландцемент, известь, вместе с ПАВ и какими-либо другими добавками. В последнюю очередь после первичного перемешивания в течение 1–2 минут, добавляют алюминиевую пудру или пасту.

Металлический алюминий вступает в реакцию с цементным или известковым раствором – по сути, раствором гидроксида кальция, с получением алюминатов кальция и большого количества водорода. Последний, распространяясь по массе бетона, и образует огромное количество мелких пор.

• Собственно вспучивание происходит уже после смешивания, в формах. Объем газобетона при этом сильно увеличивается. Схватывание цемента происходит весьма быстро, поэтому газобетон сначала режется, а только затем уже в виде готовых блоков отправляется в автоклав.
• В автоклаве в условиях повышенной температуры, давления и влажности происходит второй ряд реакций: взаимодействие гидроксида кальция и оксида кремния, где в результате получают двухосновные гидросиликаты. Их появление и обеспечивает стремительный набор прочности, которым и славится газобетон.
• При снижении давления и температуры из блока испаряется вода. Поэтому готовый продукт практически не нуждается в сушке.

Процесс производства автоклавного бетона на заводе запечатлен в этом видео:

Неавтоклавная

Производственная линия исключает этап автоклавирования, в остальном являясь идентичной. Так как, именно использование автоклава составляет наибольшие расходы при изготовлении, такая линия намного дешевле и по стоимости, и в обслуживании.

• Чтобы достигнуть такой же или приблизительной прочности автоклавного газобетона, в исходное сырье добавляют специальные добавки: дисперсно-армирующие волокна – стекловолокно, например, микрокремнезем и другие.
• После смешивания газобетон заливают в металлические формы, где он вспучивается и застывает. Распалубной прочности он достигает через те же 150 мин, после чего нарезается по размерам и сразу же отправляется на склад. Окончательное затвердение происходит в обычных условиях естественным порядком.

Такой материал не только менее прочен, но и дает большую усадку – до 2–3 мм/м против 0,3 мм/м у автоклавного газобетона. Частично эта проблема решается за счет использования полиамидных армирующих волокон.

Поговорим про оборудование для производства автоклавного и неавтоклавного газобетона, узнаем и о технологии изготовления своими руками такого материала.

Изготовление неавтоклавного газобетона рассмотрено в видео ниже:

Изготовление своими руками

Производить газобетонные блоки без приобретения специального оборудования невозможно. Бетономешалка не может заменить смеситель, а добавлять вручную металлический алюминий чрезвычайно опасно и категорически запрещается.

Однако компании-изготовители предлагают мини-линии, по сути, состоящие только из газобетоносмесителя и форм для газоблоков. Причем последние состоят из небольших блоков, так что после вспучивания продукт уже не нуждается в резке. Состав смеси подбирают исходя из нужд. Как правило, это все-таки газобетон на основе портландцемента. Экспериментировать с добавками нежелательно.

Порядок действия остается таким же, как и на производственной линии. Дозировка, правда, осуществляется вручную. Затем в смесителе перемешивают ингредиенты, и готовый материал разливочным шлангом подают в формы. Распалубку осуществляют спустя те же 150 минут.

Стоимость такой линии зависит от мощности. Так, установка для производства газобетона МЕТЕМ-ГБС-250 стоит 65 тыс. р.

Производство автоклавного газобетона требует специального оборудования: здесь происходит ряд химических реакций, для протекания которых требуются вполне определенные условия. Не автоклавный можно получить и на мини-линии-оборудовании для производства газобетона.

Технология производства газобетона в домашних условиях представлена в видео ниже:

Источник https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/117

Источник https://www.gvozdem.ru/spravochnik-materialov/a/avtoklav.php

Источник http://stroyres.net/beton/gazobeton/osobennosti-sposoby-proizvodstva.html