Курсовой проект Заполнители бетона. заполнители мой КП. Изм. Лист докум. Подпись Дата Лист
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
2.6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА Современная технология производства пористых материалов и изделий использует следующие основные принципы их поризации: вспенивание, выжигание органических примесей, выпаривание воды, воздействие на массу надлежащей вязкости газообразной фазой извне, спекание, вспучивание Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 размягченных масс. Очевидно, что при рассмотрении физико-химической природы вспучивания материалов типа керамзита необходимо учитывать действие тех или других факторов сточки зрения их влияния на оптимальную кажущуюся вязкость пиропластической массы и одновременное равномерно распределение газовыделения из внутри. Свободная и физически связанная вода, как известно, испаряется при 100-180 С. Очевидно, что влиять на рассматриваемый вид вспучивания непосредственно как порообразующий агент эта вода не может. Однако свободная и физически связанная вода, также как и значительная часть химически связанной воды минералов, содержащихся в глинистых породах, оказывает косвенно благоприятное влияние на процессы, обусловливающие вспучивание. При быстром нагревании она задерживает преждевременное развитие ряда окислительно- восстановительных реакций, которые смещаются в область более высоких температур Химически связанная (конституционная) вода вторичных глинистых и первичных материалов При постепенном нагревании основная часть конституционной воды удаляется при С. Однако, некоторая часть конституционной воды монтмориллонита, гидрослюды, вермикулита, каолинита и других минералов даже в условиях длительного обжига может сохраниться до 900—1150 С. При быстром обжиге, когда термическая обработка от 600 до С продолжается около 8—70 мини происходит со скоростью 55—90 град/мин, остатки конституционной воды минералов удаляются при температуре их вспучивания и несомненно принимают участие в порообразовании и вспучивании пиропластической глинистой массы Газообразные продукты диссоциации карбонатов Легкоплавкие глины, как правило, содержат карбонаты кальция и магния, реже — железа и марганца. Диссоциация карбонатов начинается тогда, когда упругость диссоциации превышает парциальное давление углекислоты, находящейся в газовой среде. Практически карбонат кальция интенсивно разлагается при 850— С, карбонат Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 магния — при Си карбонат железа — при С Так как диссоциация карбонатов зависит от скорости нагревания, а также от количества и физического состояния минералов, тореакции их разложения при быстром обжиге, по-видимому, могут перемещаться в область более высоких температур. В этом случае продукты диссоциации карбонатов могут явиться одним из источников газообразования фазы, участвующей в процессе порообразования массы Сульфаты и сульфиды. Диссоциация сульфата кальция Са 5 О 4 происходит при 1204 СВ восстановительной среде, а также в присутствии других составляющих раложение сульфата начинается при более низких температурах. Высвобождающийся при этом О следует рассматривать как один из возможных агентов, вспучивающих глину. Примеси в виде пирита, марказита и других сульфидов железа при нагревании высвобождают серу, которая взаимодействуя с кислородом образует 80 2 и 50 3 .[3] Углерод. Окисление углерода начинается при температурах воспламенения органических веществ, но полностью он выгорает практически при 900—1000 С, когда прекращается противоток газообразных продуктов изнутри материала, препятствующий допуску воздуха. При быстром обжиге и недостатке кислорода углерод выгорает в области температур размягчения глинистой массы. Особо следует подчеркнуть, что в практических условиях обжига керамзита углерод полностью не выгорает. Как показывают исследования, готовый керамзитовый гравий содержит 0,1—0,3% углерода Газообразные продукты диссоциации Fe 2 O 3 . Из оксидов, входящих в состав глин и склонных к термической диссоциации, известен только оксид железа. Хотя диссоциация оксида железа начинается до С, упругость диссоциации достигает парциального давления кислорода воздуха лишь при температуре около С. Это означает, что при обжиге в окислительной атмосфере до температуры около С диссоциация оксида железа, по-видимому, не может оказать существенного влияния на процесс вспучивания. Понижение парциального давления кислорода в присутствии восстановителей заметно сказывается на снижении Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 температуры, при которой возможна диссоциация оксида железа. Но тогда процесс подчиняется уже другим закономерностями не может быть отнесен к явлениям диссоциации в чистом виде. При высоких температурах и наличии С, СОН или др. восстановителей создаются благоприятные термодинамические условия для восстановительных реакций, накладывающихся на менее интенсивный процесс диссоциации, сильно ослабляя его собственное значение Процесс восстановления оксидов железа характерней совокупностью двух одновременно протекающих превращений диссоциации восстанавливаемого оксида и соединения восстановителя с кислородом. Образующиеся при этом газообразные продукты в виде СО, СОН обладают меньшей упругостью диссоциации и обычно удаляются из сферы реакции. Одновременно при благоприятных условиях развивается обратимая реакция с подвижным равновесием СО С + СО, с накоплением в порах материала мелкопресноводного углерода. Отмечается, что при температуре ниже С оксид углерода является нестойким соединением и разлагается на углекислоту и твердый сажистый углерод, который отлагается в порах глинистого материала. При температуре выше С, наоборот, в присутствии углерода нестойкими являются углекислота и пары воды. Раскаленный мелкодисперсный углерод при этом, с одной стороны, реагирует с углекислотой и парами воды, образуя газообразные восстановители СО и Нас другой стороны, вступает в непосредственное взаимодействие с оксидами железа как прямой восстановитель. Схема окислительно-восстановительных реакций описывается уравнениями 3Fe 2 O 3 + C = 2 Fe 3 O 4 + CO; 6Fe 2 O 3 3Fe 3 O 4 + O 2 2 Fe 3 O 4 FeO + O 2 ; CO + H 2 O CO 2 + H 2 2H 2 O + C CO 2 + А также некоторыми другими уравнениями. В состав газовой фазы пор керамзита входят СО, CO 2 , O 2 , H 2 O. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 2.7. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ЦЕХА Расчет материального баланса выполняется с целью определения количества сырья, необходимого для обеспечения заданной производительности завода, количества материалов, перерабатываемых на каждой технологической операции, материальных потерь или отходов, возникающих на определенных стадиях технологического процесса. Материальный баланс составляется на год. Расчет производится в порядке, обратном технологическому потоку по формуле [1,8]: П р = П о 1−Б 100 ⁄ (2) где Пр – количество материала на рассчитываемом переделе, т/г; По – количество материала на предыдущем переделе, т/г; Б – норма потерь или брака, % Материальный баланс цеха термической обработки глинозольного керамзита марки «600» (производительность - 230000 м в год, марка принимается по насыпной плотности заполнителя. Исходные данные 1. Нормы потерь по переделам: - в гравиесортировке – 0,3 %; - в холодильнике – 0,2 %; - в обжиговой печи – 6,0 %; - в сушильном барабане – 1,0 %; - на транспортных устройствах – 1,0 %; 2. Влажность - сформованных гранул по пластическому методу – 26 %; - гранул после сушки – 8 %; 3. Потери при прокаливании массы (п.п.п.) – 7 %. Расчет 1. Производительность цеха 230000 ∙ 0,6 = 138000 (т/г) (3) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 2. Количество керамзита, поступающего на склад готовой продукции 138000 (1 − 1 100 ⁄ ) ⁄ = 139393,93 (т/г) (4) Потери на транспортных устройствах составляют 1393,94т/г 1. Количество керамзита, поступающего в гравиесортировку: 139393,93 (1 − 0,3 100 ⁄ ) ⁄ = 139813,37 (т/г) (5) Потери керамзита в гравиесортировке составляют 419,44 т/г 2. Количество керамзита, поступающего в холодильник 139813,37 (1 − 0,2 100 ⁄ ) ⁄ = 140093,55 (т/г) (6) Потери в холодильнике составляет 280,19 т/г. 3. Количество керамзита, поступающего на обжига) с учетом потерь при обжиге 140093,55 (1 − 6,0 100 ⁄ ) ⁄ = 149035,69 (т/г) (7) б) с учетом п.п.п.: 149035,69 (1 − 7,0 100 ⁄ ) ⁄ = 160253,43 (т/г) (8) в) с учетом влажности 160253,43 (1 − 8,0 100 ⁄ ) ⁄ = 174188,51 (т/г) (9) Масса испаренной влаги составляет 13935,08 т/г. 4. Количество гранул, поступающих на сушку ас учетом потерь при сушке 174188,51 (1 − 1,0 100 ⁄ ) ⁄ = 175947,99 (т/г) (10) Потери при сушке составляет 1759,48 т/г. б) с учетом 26 % влажности 175947,99 (1 − 26,0 100 ⁄ ) ⁄ = 237767,55 (т/г) (11) Масса испаренной влаги составляет 61819,56 т/г. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 31 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 5. Количество смеси, поступающей на питатели 237767,55/(1 − 1,0/100) = 240169,24 (12) Потери при транспортировке составляют 2401,7 т/г. 6. Количество сырья, поступающего для формования гранул 240169,24/(1 − 0,5/100) = 241376,12 (т/г ) (13) 7. Количество сырья, поступающих на перерабатывание массы 241376,12/(1 − 0,5/100) = 242589,07 (т/г ) (14) 8. Количество сырья, поступающих на приготовление глинястого шлама 242589,07/(1 − 1,0/100) = 245039,47 (т/г ) (15) 9. Количество сырья, поступающего на дробление 245039,47/(1 − 0,5/100) = 246270,82 (т/г ) (16) Потери при транспортировке составляют 1231,35 т/г. 10. Количество сырья, поступающего на питатели 246270,82 /(1 − 0,5/100) = 257875,2 (т/г ) (17) Потери при транспортировке составляют 1289,38 т/г. 11. Количество сырья поступающего со склада должно составлять 257875,2 /(1 − 0,5/100) = 259171,06 (т/г ) (18) Результаты расчета приводятся в таблице 3. Таблица 3. Приход Расход п/п статьи т/г % статьи т/г % 1 Формовоч- 237767,55 100,00 Керамзит 138000,00 58,04 ная масса (W = 25 %) Испаренная вода - при обжиге 13935,08 5,86 - при сушке 61819,56 25,99 Потери при - транспортировке 1393,94 0,59 - сортировке 419,44 0,18 - охлаждении 280,19 0,12 - обжиге 8942,14 3,76 - сушке 1759,47 0,74 - п.п.п 11217,73 4,71 Сумма 100,00 237767,55 100,00 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 32 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 2.8. РЕЖИМ РАБОТЫ ЦЕХА Режим работы цеха определяется количеством рабочих дней в году, количеством смен в сутки и количеством часов работы в смену. При выборе режима работы цеха необходимо учитывать характер работы основного технологического оборудования, то есть возможность его остановок втечение смены, суток, на выходные и праздничные дни или необходимость его непрерывной работы в течение года. В первом случае следует принимать прерывную рабочую неделю в 1-2 смены, во втором - непрерывную рабочую неделю в 3 смены. Необходимо также учитывать время, затраченное на ремонт оборудования, обычно 20 суток в год. Цеха по производству искусственных пористых заполнителей имеют в своем составе, как правило, три отделения отделение хранения и подготовки сырья (дробление, рассев, разрыхление, формование гранул, отделение термической обработки (сушка, обжиг, отделение рассева заполнителей по фракциями их складирования. Режим работы, например, цехов по производству керамзита принимается в соответствии сданными табл. 4. Таблица 4. Режим работы цеха керамзита № п/п Наименование цехов и отделений Режим работы кол-во дней в году кол-во смен в сутки продолжит. смены, ч 1 Склад сырья, добавок и опудривающих порошков а) прием сырья с железной дороги и автотранспорта б) выдача в производство 365 365 2-3 2-3 8 8 2 Отделение приема, переработки сырья и формования гранул 365 1-3 8 3 Сушильное отделение 365 2-3 8 4 Обжиговое отделение 365 3 8 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 33 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 5 Склады готовой продукции а) прием с производства б) выдача на железнодорожный транспорт в) выдача на автотранспорт 365 365 365 3 3 2 8 8 8 Годовой фонд рабочего времени работы обжиговых агрегатов для производства керамзитового гравия находим, используя таблицу 4[1] 365380,97=8497,2 ч Для обжиговых агрегатов (365-30)380,97=7800 Таблица 5. Годовой фонд рабочего времени № п/п Обжиговый агрегат Годовой фонд времени работы цехов, сут Годовое кол-во суток ремонта обжиговых агрегатов Годовой фонд времени работы обжиговых агрегатов, сут Коэффициент использования технологического оборудования Годовой расчетный фонд рабочего времени обжиговых агрегатов, ч 1 Вращающаяся од- нобарабанная печь 0=2,5 мм с запечными теплообменными устройствами и без них 365 20 345 0,97 8030 2.9. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОГРАММА Таблица 6. Производственная программа цеха по производству керамзита Операция т/г Количество, т/ч расчет итого Сушка 237767,55 237767,55/8030 29,61 Обжиг 174188,51 174188,51 / 8030 21,69 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 34 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Таблица 7. Расчет грузопотоков (расчет сырьевых материалов) при производстве глинозольного керамзита Наименование грузопотоков % потерь В год, т В част В час, м Поступает на склад готовой продукции 1 139393,93 16,4 32,8 Поступает на корректировку и сортировку 0,3 139813,37 16,45 32,9 Поступает на обжиг 6+7 160253,43 18,86 37,72 Транспортировка, поступает в сушильный барабан 1+8 175947,99 20,71 41,42 Поступает на питатели 1 257875,2 30,35 60,7 Поступает на дробление 0,5 246270,82 28,99 19,33 Поступает на приготовление глинястого шлама 1 245039,47 28,84 19,23 Поступает на перерабатывание массы 0,5 242589,07 28,55 57,1 Поступает на формование гранул 0,5 241376,12 28,41 56,82 Поступает со склада 0,5 259171,06 30,5 20,33 При подборе оборудования в ряде случаев необходимо знать расход материалов (м 3 /ч), поэтому полученные значения расхода материалов (т/ч) целесообразно выразить в м 3 /ч, разделив каждый результат (т/ч) на насыпную плотность нас данного материала. Глина нас кг/м 3 = 1,5 т/м 3 ; Керамзит нас кг/м 3 = 0,5т/м 3 ; Вода нас кг/м 3 = 1,0 т/м 3 2.10. ВЫБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО И ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ В соответствии с выбранной технологической схемой осуществляется подбор оборудования и приводится его технологический расчет без каких-либо конструктивных расчетов отдельных узлов машины. Под технологическим расчетом Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 35 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 оборудования понимается определение производительности машины и определение числа машин, необходимых для выполнения производственной программы поданному переделу. При выборе оборудования следует ориентироваться на современные, высокоэффективные машины и установки отечественного производства, серийно выпускаемые промышленностью, или аналогичное иностранное оборудование, превосходящее отечественное по цене, производительности и качеству. Рекомендуется производить расчет оборудования в порядке установки отдельных машин в технологическом потоке от подачи сырья до выхода готовой продукции. Для каждого выбранного вида оборудования указывается название, марка, назначение, краткая техническая характеристика, принятая по паспортным данными производится технологический расчет. Расчет количества единиц оборудования, шт, производят по формуле 𝑛 = 𝑃 тр. 𝑃 об. , (19) где п – количество единиц оборудования Р тр. – требуемая часовая производительность поданному технологическому переделу Роб – часовая производительность машины. Для определения количества машин, подлежащих установке, получающееся в результате расчета дробное число (n) округляется до целого в сторону большего значения (N). С целью определения эффективности использования оборудования вычисляют коэффициент (3) его использования, который находится в пределах 0,8 – 0,9: К исп. = 𝑃 тр. 𝑁 ∙ об. (20) 1. Подбор дезинтеграторных вальцов Дезинтеграторные вальцы для измельчения глин и удаления камней. Достоинство этих дробилок — эффективное дробление глины ударом, раздавливанием и разрыванием при одновременном частичном удалении твердых включений в виде камней и других посторонних предметов. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 36 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 𝑛 = 𝑃(тр. об. ) = 19,33 16 = 1,21 ≈ шт (21) Принимаем одновалковую зубчатую дробилку СМ, производительностью 14 – 18 мчи мощностью 20 кВт. К исп. = 19,33 1 ∙ 16 = 1,21 (22) 2. Подбор ящичного питателя Ящичный питатель является разновидностью пластинчатого питателя. Он предназначен для непрерывной подачи и грубого объемного дозирования составляющих шихты с дроблением крупных комьев рыхлых материалов. 𝑛 = 𝑃(тр. об. ) = 60,7 15 = 4,05 ≈ шт (23) Принимаем одноящичный питатель СМ – 664, производительностью 15 м 3 /ч с установленной мощностью 5,5 кВт, с объемом ящика 2,3 м 3 К исп. = 60,7 4 ∙ 15 = 1 (24) 3. Подбор глиномешалки Глиномешалка предназначена для непрерывного равномерного перемешивания, увлажнения и паропрогрева керамических масс, предварительно измельченных и очищенных от включений. 𝑛 = 𝑃(тр. об. ) = 19,23 18 = 1,06 ≈ шт (25) Подбираем одну установку СМК-125 производительностью 18 м 3 /ч, с мощностью 22 кВт, с частотой вращения валов 42 об/мин. К исп. = 19,23 1 ∙ 18 = 1,06 (26) 4. Подбор вальцов тонкого помола Вальцы для тонкого помола предназначены для дополнительной переработки глинчной массы, удаления из нее твердых включений корней и других растительных остатков. 𝑛 = 𝑃(тр. об. ) = 57,1 18 = 3,17 ≈ 3 шт (27) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 37 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Из расчета следует, что по литературе [4] принимаем первую установку СМ – Б, производительностью 18 м 3 /ч, с мощностью 13,22 кВт, с частотой вращения валов 215/180 об/мин. К исп. = 44,1 4 ∙ 18 = 0,61 (28) 5. Подбор оборудования для формования гранул (дырчатые вальцы) Вальцы дырчатые для формования сырцовых гранул СМ – 927 применяют в производстве керамзита, рабочая поверхность барабанов валков облицована секторами с отверстиями диаметром 14 мм, по расчету подбираем 1 установку. Производительность 25 м 3 /ч, с частотой вращения валков подвижного – 36 об/мин, установочная мощность электродвигателя 45 кВт. 𝑛 = 𝑃(тр. об. ) = 56,82 25 = 2,27 ≈ 2 шт (29) К исп. = 56,82 2 ∙ 25 = 1,14 (30) 6. Подбор сушильного барабана Предназначен для сушки сырьевых гранул, производительность его 21 т/ч, мощность электродвигателя 55 кВт 𝑛 = 20,71 21 = 0,98 ≈ 1 шт (31) К исп. = 20,71 1 ∙ 21 = 0,98 (32) 7. Подбор тарельчатого питателя Принимаем тарельчатый питатель СМ-187А производительностью 15 м 3 /ч, мощностью электродвигателя 1,7 кВт , длиной м. 𝑛 = 19,33 15 = 1,29 ≈ 1 шт (33) К исп. = 19,33 1 ∙ 15 = 1,29 (34) 8. Подбор вращающейся печи Предназначена для обжига подготовленных гранул керамзитового гравия. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 38 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Принимаем вращающуюся однобарабанную вращающуюся печь 2,5 40 м, производительностью 14,8 м 3 /ч, мощностью электродвигателя 44,6 кВт. 𝑛 = 37,72 14,8 = 2,52 ≈ 2 шт (35) К исп. = 37,72 2 ∙ 14,8 = 1,27 (36) 9. Подбор корректирующего оборудования Для сортировки крошки применяют сита-бураты и вибросита СССМ-318а, производительность которых 3000 кг/ч=3т/ч. 𝑛 = 16,45 3 = 5,58 ≈ 5 шт (37) К исп. = 16,45 5 ∙ 3 = 1,09 [8] (38) Полный список оборудования указан в таблице 8. Таблица Сводная таблица оборудования № п/п Наименование и краткая характеристика оборудования Производительность Количество, шт Потребляемая мощность, кВт Примечание Расчетная По паспорту 1 Дезинтеграторные вальцы 19,33 м 3 /ч 14- 18м 3 /ч 1 20 2 Ящичный питатель СМ 45 т/ч 15т/ч 3 5,5 3 Глиномешалка СМК-125 19,23 м 3 /ч 18 м 3 /ч 1 22 4 Вальцы тонкого помола СМ-696Б 57,1 м 3 /ч 18 м 3 /ч 3 13,22 5 Дырчатые вальцы СМ 56,82 м 3 /ч 25 м 3 /ч 2 45 6 Сушильный барабан 20,71 т/ч 21м 3 /ч 1 55 7 Тарельчатый питатель СМ-187А 19,33 м 3 /ч 15 м 3 /ч 1 1,7 8 Вращающаяся печь 37,72 м 3 /ч 14,8 м 3 /ч 2 44,6 9 Вибросита СССМ- 318а 16,45 м 3 /ч 3 м 3 /ч 5 |