Получение строительного гипса с использованием гипсоварочного котла. курсовой Хотянович. 1 Обзор литературных и патентных источников Сырье для производства строительного гипса

• Название: 1 Обзор литературных и патентных источников Сырье для производства строительного гипса
• Анкор: Получение строительного гипса с использованием гипсоварочного котла
• Дата: 21.09.2022
• Размер: 2.35 Mb.
• Имя файла: курсовой Хотянович.docx
• Тип: Документы; #689425
• страница: 3 из 3

Вывод из обзора литературных и патентных источников


Гипсовые вяжущие вещества – воздушные вяжущие, являющиеся продуктами частичной или полной дегидратации дигидрата сульфата кальция, которые после затворения водой из-за протекания обратной реакции, превращаются в камень.

Сырьем для производства строительного гипсового вяжущего может служить как природный гипсовый камень, так и гипсосодержащие отходы химической промышленности. Наиболее крупнотоннажным отходом является фосфогипс.

Получение строительного гипса осуществляется в гипсоварочных котлах непрерывного и периодического действия, барабанных дегидраторах и аппаратах для термообработки гипса в токе теплоносителя.

На основании литературно-патентного обзора можно сделать вывод, что наилучшим способом получения строительного гипса является способ варки гипса в гипсоварочных котлах непрерывного действия, так как обеспечивает максимальную автоматизацию процесса и довольно хорошее качество продукта.

2 Характеристика готовой продукции и области применения
Основными техническими свойствами гипсовых вяжущих являются: прочность, истинная плотность, тонкость помола, водопотребность и сроки схватывания в соответствии с ГОСТ 125-2018.

Марочная прочность на сжатие будет приблизительно равна Г2 – Г5.

Внешняя удельная поверхность 0,3 – 0,5 м²/г.

Истинная плотность находится в пределах 2,6 – 2,75 г/см³.

Требования к тонкости помола строительного гипса, по сравнению с другими вяжущими веществами, сравнительно невысоки. Тонкость помола 0,2 мм с максимальным остатком на сите с ячейкой в свету 0,2 мм не более 0,2%.

Водопотребность строительного гипса для получения теста нормальной густоты будет равняться 60 – 80% воды, что значительно больше, чем для высокопрочного гипса (35 – 45%). Водопотребность зависит от формы и размеров кристаллов и от плотности кристаллических сростков.

Начало сроков схватывания будет 6 – 12 минут, а конец – 10 – 20 минут [13].

Сфера применения строительного гипса обширна. Применяется в областях, где используется уникальные свойства гипса (способность образовывать растворы с высокой текучестью, быстро твердеющие и образующие мелкопористую удобную в обработке каменную массу), а так как прочность обычного строительного гипса недостаточна: в керамическом и скульптурном производстве – для изготовления гипсовых моделей, в буровом деле – для заделки скважин. Строительный гипс используют для производства гипсокартонного листа, сухой гипсовой штукатурки, плит и панелей для устройства межкомнатных перегородок, а также многих строительных смесей. Строительный гипс так же, как и полимерный используется в медицине. В травматологии используют бинты из данных видов гипса и ортопедические корсеты, а в стоматологии оттиски и съемные зубные протезы. Из него изготавливают различные строительные смеси, изготавливают несгораемые перегородки. Формовочный гипс используют для отливки моделей, капов и форм в фарфоро-фаянсовой и керамической промышленности. В стекольном производстве гипс применяют для фиксации стеклоизделий при полировке, в частности в производстве зеркального стекла [14].

3 Выбор и обоснование технологической схемы производства
Среди агрегатов, в которых производится тепловая обработка гипса, наиболее распространены варочные котлы. Их преимущество перед другими агрегатами состоит в простоте конструкции, чистоте и однородности получаемого продукта.

Применяют котлы как периодического, так и непрерывного действия. Но существенным недостатком при выборе технологической схемы производства является периодичность действия котлов, а, следовательно, и лишние затраты времени на загрузку и выгрузку материала, а также затраты теплоты на нагрев корпуса котла вначале цикла варки и потери теплоты корпусом при выгрузке сваренного строительного гипса. Кроме этого, днище и обечайки котлов часто прогорают, поэтому требуется дополнительное время на ремонтные работы. Все эти недостатки котлов периодического действия можно исключить применением технологии производства строительного гипса с использованием котлов непрерывного действия.

Несмотря на все достоинства технологии с применением котлов непрерывного действия и она имеет ряд недостатков. Например, при производстве гипса в котлах периодического действия, получаем высокооднородный по составу продукт за счет интенсивного его перемешивания и равномерного прогрева, чего нельзя сказать о технологии с применением котлов непрерывного действия. В них однородность состава ниже.

В заключение следует отметить, что все же преимущество отдают непрерывному способу производства, так как она дает возможность максимально автоматизировать процесс и обеспечивает более оперативный выход готового продукта β-CaSO₄ꞏ0,5H₂O, тем самым, не допуская его превращения в растворимый β-CaSO₄ со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.

4 Описание технологического процесса
Технологический процесс изготовления строительного гипса представлен на рисунке 4.1.


Рис. 4.1 – Технологическая схема производства строительного гипса с применением гипсоварочного котла непрерывного действия: 1 – бункер сырья; 2 – питатель цепной; 3 – мельница тарельчато-роликовая; 4 – топка к мельнице; 5 – вентилятор к мельнице; 6 – циклон I ступени; 7, 10, 16, 17 – конвейеры винтовые; 8 – бункер сырьевой муки; 9 – циклон II ступени; 11 – котел гипсоварочный; 12 – холодильник гипса; 13 – топка котла; 14, 18 – дымосос; 15 – вентилятор холодильника; 19 – электрофильтр; 20 – вентилятор отходящих газов
Помол гипсового сырья производится в тарельчато-роликовой мельнице непрерывного действия, измельченный продукт из которой воздушным потоком направляется в циклон первой ступени, затем в винтовой конвейер и далее в бункер сырьевой муки. Тонкие частицы гипса улавливаются в циклонах второй ступени и в электрофильтре и направляются также в бункера сырьевой муки. Дальнейший технологический процесс осуществляется в соответствии с технологической схемой производства строительного гипса, но в непрерывном автоматизированном режиме.

Длительность пребывания материала в аппаратах регулируется режимом загрузки и выгрузки, в зависимости от температуры гипса па выходе из котла. Вследствие непрерывного поступления в котлы свежего гипсового порошка в них в течение всего процесса тепловой обработки поддерживается постоянная и высокая степень насыщения окружающего материал воздуха водяными парами, что приводит к улучшению модификационного состава и свойств получаемого гипсового вяжущего.

5 Расчет материального баланса производства
Исходные данные: Влажность природного гипсового камня – 8%. Состав сухого природного гипса, мас.%: CaSO₄ꞏ2H₂O – 84; примеси – остальное. Степень дегидратации дигидрата сульфата кальция до CaSO₄ꞏ0,5H₂O – 0,91, до CaSO₄ – 0,03. Технологические потери составляют 0,5% от массы сухого природного гипса.
Расчет ведем на 1000 кг влажного природного гипсового камня:
m (H₂O) = 1000ꞏ0,08 = 80 кг;

m (сухой природный гипс) = 1000 - 80 = 920 кг;

m (CaSO₄ꞏ2H₂O) = 920·0,84 = 772,8 кг;

m (примеси) = 920·0,16 = 147,2 кг;
Определим массу сухого природного гипса с учетом технологических потерь:
m (технологические потери) = 920·0,5/100 = 4,6 кг;

m (сухой природный гипс) = 920 - 4,6 = 915,4 кг;
Найдем массу CaSO₄ꞏ2H₂O с учетом технологических потерь:
m (CaSO₄ꞏ2H₂O) = 915,4·0,84 = 768,9 кг;
По уравнению реакции частичной дегидратации CaSO₄ꞏ2H₂O, определим массу CaSO₄ꞏ0,5H₂O и 1,5H₂O. Учитывая, что степень дегидратации CaSO₄ꞏ2H₂O до CaSO₄ꞏ0,5H₂O составляет 0,91, то m (CaSO₄ꞏ2H₂O) = 768,9·0,91 = 699,7 кг.
699,7 кг x y

CaSO₄ꞏ2H₂O = CaSO₄ꞏ0,5H₂O + 1,5H₂O

172 кг/моль 145 кг/моль 27 кг/моль
x = 699,7·145/172 = 589,86 кг - m (CaSO₄ꞏ0,5H₂O);

y = 699,7·27/172 = 109,84 кг - m (H₂O);
По уравнению реакции полной дегидратации CaSO₄ꞏ2H₂O, определим массу CaSO₄ и 2H₂O. Учитывая, что степень дегидратации CaSO₄ꞏ2H₂O до CaSO₄ составляет 0,03, то m (CaSO₄ꞏ2H₂O) = 768,9·0,03 = 23,08 кг;
23,08 кг x y

CaSO₄ꞏ2H₂O = CaSO₄ + 2H₂O

172 кг/моль 136 кг/моль 36 кг/моль

x = 23,08·136/172 = 18,25 кг - m (CaSO₄);

y = 23,08·36/172 = 4,83 кг - m (H₂O);
Определим массу неразложившегося CaSO₄ꞏ2H₂O:

m (CaSO₄ꞏ2H₂O) = 768,9 - (699,7 + 23,08) = 46,12 кг;
Вода, в расходе, будет включать в себя воду из прихода, полторы молекулы воды, образующиеся в результате частичной дегидратации природного гипса и две молекулы воды, образующиеся в результате полной дегидратации природного гипса.

m (H₂O) = 80 + 109,84 + 4,83 = 194,67 кг.
Составляем таблицу материального баланса 5.1, где указаны статьи прихода и расхода, кг.

Таблица 5.1 – Материальный баланс.

Приход	кг	Расход	кг
1)Природный гипсовый камень, в т.ч.:		1)Сухой природный гипс, в т.ч.:
CaSO4ꞏ2H2O	772,8	CaSO4ꞏ2H2O	46,12
Примеси	147,2	CaSO4ꞏ0,5H2O	589,86
Вода	80	CaSO4	18,25
		Примеси	147,2
		2)Вода	194,67
		3)Технологические потери	4,6
Сумма	1000	Сумма	1000

Заключение
Целью данной работы был поиск современных технологий производства строительного гипса.

Из литературных источников известно три основных способа получения строительного гипса: получение полуводного гипса с использованием гипсоварочного котла либо барабанного дегидратора и получение строительного гипса в аппаратах совмещенного помола и термообработки. Получение строительного гипса осуществляется в гипсоварочных котлах непрерывного и периодического действия, барабанных дегидраторах и аппаратах для термообработки гипса в токе теплоносителя.

Наиболее распространённым способом получения строительного гипса – варка в гипсоварочных котлах. Этот способ производства имеет ряд преимуществ перед другими способами, одним из которых является то, что варка в гипсоварочных котлах непрерывного действия позволяет получить продукт более однородного вещественного состава, что невозможно, например, при работе с барабанным дегидратором. А также увеличить производительность за счёт исключения простоя на загрузку и выгрузку материала из котла и снизить потери теплоты в окружающую среду.

В настоящее время ведутся исследования по интенсификации процесса получения строительного гипса и улучшению его свойств.

Список использованных источников

1. 
   М. И. Кузьменков, О. Е. Хотянович. Химическая технология вяжущих материалов – Минск: БГТУ, 2008. – 264 с.
   
2. 
   М.И. Журавлев, А.А. Фоломеев. Механическое оборудование предприятий вяжущих материалов и изделий на базе их: учебник для вузов – 2-е издание, перераб. и доп. – М.: Высш. Школа, 1983. – 232 с.
   
3. 
   Производство гипсовых вяжущих веществ: учеб. для подгот. рабочих на производстве/ Балдин, В. П. – М.: Высшая школа, 1983. – 135 с.
   
4. 
   Гипсоварочный котел периодического действия: пат. 1247638 СССР, МПК F27B 1/00/ М. Е. Пекерман, Ю. Н. Крючков. – № 3837617/29-33; заявл. 07.01.1985; опубл. 30.07.1986.
   
5. 
   Гипсоварочный котел непрерывного действия: пат. 1451119 СССР, МПК А14С 04 В 11/028/ В. В. Иваницкий, Н. А. Сапелин. – № 4141498/29-33; заявл. 03.11.1986; опубл. 15.01.1989.
   
6. 
   Сушилка кипящего слоя: пат. 2305240 Россия, МПК F26B 17/10/ О. С. Кочетов, М. О. Кочетова. – № 2006114464/06; заявл. 28.04.2006; опубл. 27.08.2007.
   
7. 
   Пневмогазовая труба-сушилка: пат. 896349 СССР, МПК F26B 17/10/ Б. Г. Лыкин, С. Л. Дубовиков. – № 2918106; заявл. 05.05.1980; опубл. 01.07.1982.
   
8. 
   Способ получения сульфата кальция: пат. 2023668 Россия, МПК С01 F 11/46/ Г. Г. Мартиросян, А. А. Казиян. – № 4915462/26; заявл. 01.03.1991; опубл. 30.11.1994.
   
9. 
   Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник под общей ред. А. В. Ферронской. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 488 с.
   
10. 
    Способ приготовления гипсовго вяжущего: пат. 27 394 Украина, МПК C04B 28/14/ Л. И. Дворкин, А. В. Мироненко. – № u200707546; заявл. 25.10.2007; опубл. 25.10.2007.
    
11. 
    Способ получения β – полугидрата сульфата кальция из фосфогипса: пат. 1 701 668 СССР, МПК C04B 11/00/ Д. К. Адылов, Н. А. Сиражиддинов, Х. Л. Усманов. – № 4714869; заявл. 06.07.1989; опубл. 30.12.1991.
    
12. 
    Способ переработки фосфогипса: пат. 19233 Республика Беларусь, МПК C 04B 11/26/ М. И. Кузьменков, Н. Г. Стародубенко. – № а20121496; заявл. 29.10.2012; опубл. 30.06.2014.
    
13. 
    Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев. Химическая технология вяжущих материалов: учебник для вузов/ под ред. Тимашева В.В. – Минск: Высшая школа, 1980. – 472 с.
    
14. 
    А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская. Вяжущие материалы – 2-е издание – Киев: Высшая школа, 1985. – 440 с.