Проектирование цеха по производству искусственных пористых заполнителей

Содержание

Введение

1. Номенклатура

2. Технологическая часть

2.1. Сырье и топливо

2.2. Состав сырьевой массы

2.3. Выбор способа и технологической схемы производства

2.4. Описание схемы и технологического процесса производства

2.5. Физико-химические основы производства

2.6. Материальный баланс цеха

2.7. Режим работы

2.8. Производственная программа

2.9. Выбор и расчет основного технологического и транспортного оборудования

2.10. Расчет склада готовой продукции

2.11. Контроль производства

3. Охрана труда

Библиографический список

Введение

Искусственными пористыми неорганическими заполнителями, используемыми для приготовления бетонов различного назначения, называют пористые сыпучие материалы гравия или щебне подобной формы, получаемые, как правило, при термической обработке природного силикатного сырья или соответствующих отходов промышленности. Применение легких пористых заполнителей позволяет получать эффективные легкие бетоны для теплоизоляции, стеновых панелей, монолитных стен и разнообразных несущих конструкций. Замена обычных тяжелых заполнителей пористыми позволяет существенно изменить свойства бетонов в желаемом направлении: уменьшить плотность, улучшить теплоизоляционные свойства и т.д. В то же время достаточная прочность ряда пористых заполнителей обеспечивает возможность получения на их основе конструкционных легких бетонов высокой прочности.

Главный источник обеспечения потребности строительства и строительной индустрии нашей страны пористыми заполнителями для легких бетонов - специально созданная промышленность искусственных пористых заполнителей. Эта новая отрасль быстро развивается: если в 1960 г. в СССР действовало 20 предприятий общей мощностью немногим более 1 млн. м3, то в 1970 г.- около 200 предприятий и выпущено более 13 млн. м3 искусственных пористых заполнителей, а в 1987 г.- более 400 предприятий общей мощностью около 50 млн. м3 в год. Предприятия по производству искусственных пористых заполнителей создаются там, где в них есть потребность, и базируются они, как правило, на местных источниках сырья. Искусственные пористые заполнители отличаются более высоким качеством и эффективностью использования в бетонах. Из искусственных пористых заполнителей наиболее распространен в настоящее время керамзитовый гравий и его разновидности [1].

Повсеместным и неисчерпаемым источником сырья для производства искусственных пористых заполнителей являются золошлаковые отходы ТЭС. Экономический эффект от применения золошлаков достигается за счет снижения марки и удельных капвложенийв сравнении с действующим производством керамзита. Вместе с тем затраты на организацию и содержание отвалов зол, шлаков и отходов углеобогащения составляют ежегодно около 400 млн.руб., не считая потерь пахотных земель под отвалами. Основным потребителем зол и шлаков ТЭС является промышленность стеновых материалов, где они служат эффективной топливосодержащей выгорающей и отощающей добавкой.

Обжиговый зольный гравий – это ИПЗ, получаемый гранулированием в тарельчатом грануляторе с последующим вспучиванием в коротких вращающихся печах прямоточного действия.

Сырьем для производства обжигового зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления. Технология, разработанная ВНИПИ теплопроектом, предусматривает сушку и помол золы, затем ее окатывание в шаровидные гранулы диаметром около 15 мм. Для облегчения грануляции и обеспечения достаточной прочности гранул золу смачивают водным раствором ЛСТ (лигносульфонатов технических) или же добавляют глину. Далее гранулы подсушивают и обжигают в коротких вращающихся печах прямоточного действия, причем их подают сразу в высокотемпературную (около 1200°С) зону печи. Для повышения пористости гравия в золу можно добавлять древесные опилки.

Основное назначение — конструкционнотеплоизоляционные бетоны.

При обжиге зольного гравия происходит выгорание органических веществ (угля, ссб) и появляется внутреннее дополнительное тепло (порядка 10% от общего поступления тепла), обеспечивающее интенсификацию прогрева гранул при высоком коэффициенте использования тепла. В случае введения в гранулы древесных опилок роль внутреннего источника тепла возрастает [2].

Основная характеристика пористого заполнителя — насыпная плотность в сухом состоянии. Для крупного пористого заполнителя установлены марки по насыпной плотности от 250 до 1200 кг/м3, а для пористого песка — от 100 до 1400 кг/м3. Крупные пористые заполнители поставляют раздельно по фракциям 5… 10, 10…20 и 20…40 мм. Прочность определяют путем раздавливания пробы крупного пористого заполнителя в цилиндре. Значения прочности для каждого вида заполнителей различны. У керамзитового гравия, например, она составляет 0,6…2,5 МПа. Морозостойкость пористых заполнителей должна соответствовать марке не ниже F15. Благодаря развитой системе пор заполнители способны поглощать значительное количество воды затворения, причем скорость водопоглощения особенно велика в первые 15…20 мин, т.е. в момент приготовления и укладки легкобетонной смеси. Интенсивное впитывание воды в первоначальные сроки связано с наличием крупных пор. В дальнейшем постепенно насыщаются тонкие поры и капилляры.

Зольный гравий получают гранулированием подготовленной золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭС с последующим спеканием и вспучиванием во вращающейся печи при температуре 11501250 °С. В исходном сырье содержание Fe2O3 должно быть не менее 7%, (СаО + Мg0) -не более 8%. При содержании в сырье более 3% остатков топлива процесс вспучивания гранул ухудшается. Обжиговый зольный гравий следует выпускать в соответствии с требованиями действующего стандарта: от 5 до 10; от 10 до 20; от 20 до 40 мм. По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовление гравия от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм и для теплоизоляционных засыпок от 5 до 40 мм.

Использование прямоточной схемы движения материала (зольных гранул) и теплоносителя (продуктов сгорания топлива), а также необходимость создания в зоне спекания нейтральной или слабо восстановительной среды привели к тому, что подача воздуха в печь при работе форсунки была ограничена и коэффициент избытка воздуха составлял лишь 1,25. Таким путем охлаждающее влияние подсасываемого в печь воздуха было сведено к минимуму, что позволило обеспечить высокую температуру в начальной зоне (1240°С) при относительно невысоком расходе топлива (70—80 кг на 1 м3 зольного гравия). Как и при обжиге керамзита, потери тепла с отходящими газами при спекании гранул во вращающейся печи достаточно велики и расход тепла на сушку золы лишь на 10,8% снижает эти потери. Охлаждают обжиговый зольный гравий в холодильниках различного типа медленно и постепенно. Иначе могут возникнуть центры концентрации напряжений, приводящие к распаду гранул. После охлаждения зольный гравий сортируют на товарные фракции и складируют.

Кроме того, в отдельных случаях может быть организовано производство, например, безобжигового зольного гравия, гравия на основе глиноперлитовых смесей и т. д. При наличии в районе нескольких видов сырья или отходов промышленности решению вопроса организации производства заполнителей должен предшествовать технико-экономический анализ [1].

В данной работе рассмотрена технология производства обжигового зольного гравия влажностью 22%; марки 300 и производительностью 150 000 м3/год. Сырьем для производства обжигового зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления. Насыпная плотность зольного гравия - 350-800 кг/м3. Предел прочности при сдавливании в цилиндре приблизительно соответствует требованиям к керамзитовому гравию той же насыпной плотности.

Номенклатура продукции

Все заполнители по способам образования подразделяются на природные, искусственные и из отходов промышленности.

Природные заполнители могут быть неорганического и органического происхождения.

Неорганические природные заполнители представляют собой материалы, получаемые без изменения их химического и фазового состава, и характеризуемые происхождением и петрографическим наименованием горных пород, из которых они образованы. К таким заполнителям относятся разновидности, получаемые путем дробления и рассева горных пород (гранита, диабаза, диорита, известняка, вулканического туфа, пемзы, кварцита, мрамора) или только рассева (гравий, кварцевый песок).

Органические заполнители представляют собой отходы заготовки и переработки древесины (опилки, стружки, древесные волокна и др.); отходы переработки сельскохозяйственной продукции (стебли камыша, хлопчатника, лузга семечек, волокна льняных и конопляных культур и т.д.); отходы и продукты промышленности полимерных материалов (пластики, полимерные волокна, частицы резины и др.). На основе этих заполнителей выпускаются разнообразные виды строительных материалов, цементный фибролит (заполнитель -- древесная шерсть), полимербетон (заполнитель -- низкомолекулярный полиэтилен).

Искусственные заполнители представляют большой класс материалов, получаемых из природного сырья и отходов промышленности путем термической или иной обработки. К ним относятся керамзит (обжиг со вспучиванием глинистого сырья), шлаковая пемза (поризация расплавов шлаков), безобжиговый зольный гравий (гидратационное твердение гранул из подготовленной смеси золы и вяжущего), аглопорит (обжиг до спекания топливосодержащих песчано-глинистых смесей) [2].

К искусственным пористым заполнителям, относятся керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, шунгизит, азерит, термолит, обжиговый зольный гравий, безобжиговый зольный гравий, вспученный перлит, вспученный вермикулит и др. заполнители.

Керамзит - получают главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется более плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темнобурый, в изломе -почти черный.

Аглопорит - вспучивающееся глинистое сырье, пригодное для производства керамзита, не часто встречается. Более распространены малопластичные, тощие, запесоченные глинистые породы, суглинки, которые при обжиге не вспучиваются. Эти породы можно использовать для получения другого искусственного пористого заполнителя - аглопорита.

Шлаковую пемзу получают главным образом из доменных шлаков , причем не из отвальных (такие шлаки еще нужно расплавить), а непосредственно из шлаковых расплавов, сливаемых из доменных печей в огненно-жидком состоянии. По себестоимости шлаковая пемза -самый дешевый искусственный пористый заполнитель. Естественно, что шлаковая пемза производится и применяется в районах металлургической промышленности.

Шунгизит получают вспучиванием при обжиге графитсодержащей сланцевой породы -шунгита. Большое месторождение шунгита разрабатывают в Карельской АССР. Породу в виде фракционированной крошки поставляют многим предприятиям, использующим ее как сырье для производства шунгизитового гравия. Шунгизитовый гравий получают по сухому способу. В сущности, шунгизит - это разновидность керамзита, отличающаяся видом сырья.

Азерит - это искусственный пористый заполнитель, который можно считать одной из разновидностей керамзита, но логично выделить его в особый вид заполнителя, поскольку технология и свойства азерита существенно отличаются от вышеописанных.

Термолит - материал в виде щебня или гравия, получаемый при обжиге кремнистых опаловых пород (трепелы, диатомиты, опоки) без вспучивания.

Безобжиговый зольный гравий: Основами получения безобжигового зольного гравия (БЗГ) являются:

1) грануляция увлажненной смеси золы и вяжущего;

2) гидратационное твердение вяжущего и его взаимодействие с активными составляющими золы.

Для изготовления БЗГ можно применять портландцемент, известь, гипсовые, гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ) и использовать золы ТЭС сухого отбора (из-под фильтров и циклонов), а также высушенные золы из отвалов их гидроудаления (золошлаковые смеси).

Вспученный перлит - материал, получаемый вспучиванием при обжиге подготовленных зерен из вулканических водосодержащих пород (перлит, обсидиан, витрофир и др.).

Месторождения перлитов, а также обсидианов и других аналогичных вулканических стекол выявлены в Закарпатье, Армении, Азербайджане, Грузии, Приморском крае, Бурятской АССР.

В перлите содержится около 1 ...2% (иногда больше) связанной воды. При обжиге (1000... 1250 °С) перлит размягчается и под давлением паров высвобождаемой воды сильно вспучивается. Коэффициент вспучивания --до 10... 12. Чем он больше, тем меньше расход сырья на единицу объема продукции. Поэтому многие предприятия, производящие легкий вспученный перлит, работают на привозном сырье с умеренной себестоимостью продукции. Однако если коэффициент вспучивания меньше, удельные затраты на перевозку сырья увеличиваются и себестоимость продукции возрастает.

Вермикулит - разновидность слюды, магниевожелезистый гидроалюмосиликат с содержанием связанной воды 8... 18%. Это сравнительно мягкая горная порода золотистого цвета с перламутровым блеском. В районах, где отсутствуют природный гравий и каменные породы, пригодные для производства щебня (а такие районы составляют почти 2/3 территории СССР), может оказаться целесообразным производство керамического заполнителя из местных глинистых пород, который будет дешевле привозных заполнителей [8].

Заполнители из отходов промышленности:

Попутно добываемы продукты. В ходе разработки месторождений полезных ископаемых часто приходится попутно разрабатывать различные каменные породы, чтобы открыть доступ к полезному ископаемому. Особенно велики объемы вскрышных работ при открытой разработке месторождений.

Часто объем полезного ископаемого составляет 10 ... 15%, а объем вскрышной породы до 90%, причем нередко попутно добываемые породы, являющиеся по существу также полезными ископаемыми, вывозятся в отвал.

В данной курсовой работе разрабатывается технология производства обжигового:

Обжиговый зольный гравий:

Сырьем для производства обжигового зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления.

Технология, разработанная ВНИПИ теплопроектом, предусматривает сушку и помол золы, затем ее окатывание в шаровидные гранулы диаметром около 15 мм. Для облегчения грануляции и обеспечения достаточной прочности гранул золу смачивают водным раствором ЛСТ (лигносульфонатов технических) или же добавляют глину. Далее гранулы подсушивают и обжигают в коротких вращающихся печах прямоточного действия, причем их подают сразу в высокотемпературную (около 1200°С) зону печи. Для повышения пористости гравия в золу можно добавлять древесные опилки.

Заполнитель на основе золы теплоэлектростанций в смеси с глинами получают также и в противоточных вращающихся печах по технологии, принятой в производстве керамзита и зольного гравия[1].

Технологическая часть

Сырье и топливо

Для получения зольного гравия применяют:

-отвальный золошлак,

-пиритные огарки

-СДБ,

-воду.

В качестве основного компонента шихты предполагается использовать отвальный золошлак.

Добавки.

Для улучшения свойств зольного гравия и интенсификации физикохимических процессов образования этого материала, повышения качества, роста производительности применяют добавки. По физическому состоянию добавки подразделяются на твердые и жидкие.

В качестве связующего предполагается использовать сульфитнодрожжевую барду, соответствующую требованиям ГОСТ 817974. СДБ является отходом целлюлозно-бумажной промышленности и представляют собой смесь кальциевых, натриевых и аммониевых солей с примесью редуцирующих веществ. В производстве зольного гравия СДБ применяют в качестве связующего и пластифицирующего вещества. В данном производстве используют СДБ марки КБЖ5 (концентрат барды жидкий).

СДБ должна соответствовать следующим физико-химическим показателям:

-внешний вид: однородная, густая, жидкость темно-коричневого цвета;

-содержание сухих веществ в растворе должно быть не менее 50%;

-содержание нерастворимых веществ должно быть не более 1,3%;

Обычно СДБ поставляют с плотностью равной 1,21,25 г/см3.

Экспериментально установлено, что оптимальная плотность СДБ, для изготовления зольного гравия должна быть 1,06 г/см3.

При меньшей плотности существеyно ослабляются свойства СДБ, а применение СДБ большей плотности способствует развитию эффекта склеивания гранул, что увеличивает себестоимость изготовления зольного гравия. Поэтому концентрат СДБ разбавляют водой.

Вода, применяемая для изготовления зольного гравия должна соответствовать требованиям ГОСТ 237322011, Вода техническая.

При производстве искусственных заполнителей применяют твердое, жидкое и газообразное топливо. Топливо состоит из горючей части, влаги и минеральной массы. Одной из важнейших характеристик топлива является теплота сгорания. Различается высшая и низшая теплота сгорания.

Характеристики твердых топлив.

В соответствии со стандартами угли делят на бурые, каменные и антрациты.

Бурые угли (марка Б) имеют теплоту сгорания массы влажного беззольного угля Qs <23830 кДж/кг. В зависимости от влажности подразделяются на Б1 (влажность на рабочую массу Wt>40%); Б2 (Wt=3040%); Б3 (Wt <30%).

Каменные угли имеют Qs>23830 кДж/кг и V>9%. Подразделяются на следующие марки: длиннопламенные, газовые, газовые жирные, жирные, коксовые жирные, коксовые, отощенные спекающиеся, тощие, слабоспекающиеся.

Антрациты характеризуются V <9% и их подразделяют в зависимости от объемного выхода летучих составляющих на полуантрациты (ПА V=220330 /г) и собственно антрациты (А V <220 /г). Полуантрациты имеют несколько более высокую теплоту сгорания (Qi>35200 кДж/кг).

Характеристика жидких и газообразных топлив.

Виды жидкого топлива: мазут, газовый конденсат, дизельное топливо, бензин, керосин и др.

Для оценки теплоты сгорания жидкого топлива можно использовать соотношение Qi=Ki•29260 кДж/кг, где Ki=1,4(мазут), 1,43(дизельное топливо), 1,47(керосин), 1,5(бензин).

Газовое топливо- смесь разнообразных горючих и негорючих газов, а также частичек пыли. В качестве газообразного топлива могут применяться природный, нефтепромысловый, нефтезаводской, коксовый, полукоксовый, водяной, генераторный, доменный газы, а также шахтные (метан, водород, газы процессов брожения).

В производстве искусственных пористых заполнителей используют, как правило, мазут.

Мазут- это густая жидкость темно-коричневого цвета, остаток после отгона из нефти бензина, керосина и фракций дизельного топлива (плотность 0,891,00 г/cм3, теплота сгорания 39,440,7 МДж/кг)

Для производства обжигового зольного гравия лучше всего применять мазут, так как он является самым дешевым и доступным видом жидкого топлива.

Для корректировки химического состава золошлаковой смеси применяют пиритные огарки. Пиритные огарки - отходы, образующиеся при переработке железного колчедана (FeS2, пирита) в серную кислоту. При обжиге обогащенного пиритного концентрата получают диоксид серы, который в дальнейшем перерабатывают в серную кислоту, а в качестве твердого отхода образуется пиритный огарок. Пиритные огарки состоят в основном из железа и имеют следующий химический состав: Fe2O3 5677%, SiO2 922%, Аl2О3 118%, СаО 0,85%, MgO 0,10,2%. Пиритные огарки должны соответствовать ТУ 1130840878 и отвечать следующим требованиям по физико-химическим свойствам:

-внешний вид: мелкий рассыпчатый порошок бурого цвета;

-содержание влаги: не более 28%;

-содержание железа в пересчете на Fe2O3 не менее 62%;

Опудривающий порошок применяют для увеличения температурного интервала вспучивания сырья и снижения насыпной плотности, уменьшения избытка воздуха и сокращения расхода топлива на обжиг.

Применение добавок, особенно комплексных дает возможность увеличить коэффициент вспучивания шихты в два-три раза, соответственно уменьшить насыпную плотность зольного гравия, существенно снизить его себестоимость и увеличить производительность печей [3].

Состав сырьевой смеси

Состав для получения обжигового зольного гравия, включающий золу теплоэнергетики, портландцемент, молотый доменный гранулированный шлак, добавку ускоряющую твердение сырцовых гранул - сульфат натрия, дополнительно содержит основную молотую горную породу - горнблендит, при

следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 15-20, молотый доменный гранулированный шлак - 0-25, сульфат натрия - 2; горнблендит - 10-25, зола.

Изобретение относится к технологиям производства обжигового зольного гравия на основе золы и добавок с последующей термообработкой, ускоряющей твердение продукта, или без нее.

Известна смесь для получения ОЗГ, состоящая из негашеной извести, 1020%, гипсового камня, 5%, хлорида кальция, добавки, ускоряющей твердение вяжущего, 3%, и золы. Недостатком данной композиции является замедленное твердение продукта в виде гранул.

В качестве добавки, ускоряющей твердение сырцовых гранул, используют сульфат натрия. В сравнении с хлоридом кальция, используемым ранее, эта соль не вызывает коррозии арматуры в бетонах на ОЗГ и удобнее в применении, т.к. не гигроскопична.

Эффективность заявляемого состава для получения ОЗГ проверяли на материалах: портландцемент М300, т.е. так называемый «добавочный портландцемент, шлак доменный гранулированный Нижнетагильского металлургического комбината, сульфат натрия технический и отсевы кислой (SiO2 >65%) и основной (SiO2 >52%) горной породы - горнблендит. Указанные материалы измельчались, тщательно перемешивались в заданной пропорции и гранулировались на тарельчатом грануляторе. Далее гранулы подвергались термовлажностной обработке в пропарочной камере при температуре 85°С длительностью 6 часов, а затем испытывались по стандарту (ГОСТ 975790 Гравий, щебень и песок искусственные пористые) [1].

Контроль производства

К вопросам технологического проектирования относят также организацию технологического контроля и качества сырья.

Под техническим контролем качества подразумевается совокупность операций по обеспечению выпуска продукции высокого качества при оптимальных технико-экономических показателях его производства, что достигается, во первых, поддержанием процесса производства на заданном технологической картой уровне и, вовторых, совершенствованием процесса производства путем сбора и анализа данных о качестве сырья и продукции, технологических параметров, установления связи между ними, составления новых принципов ведения процесса на основе вскрытых закономерностей.

В зависимости от места организации технологический контроль подразделяется на:

-выходной контроль - контроль золошлака, добавок, технологического топлива, огнеупоров и других материалов, поступающих на производство;

-операционный контроль - контроль качества материалов и технологических параметров в ходе производства;

-приемочный контроль - контроль качества продукции после завершения всех технологических операций по ее изготовлению;

Операционный контроль, в свою очередь, делится на:

- оперативный, осуществляемый обслуживающим персоналом;

- технологический, осуществляемый службой ОТК и заводской лабораторией.

Операционный контроль выполняется на отдельных, переделах и включает визуальный осмотр качества материалов, контроль приборов основного технологического оборудования. Информация оперативного контроля обеспечивает поддержание процесса на заданном уровне, она позволяет обслуживающему персоналу управлять агрегатами в соответствии с требованиями технологических карт [3].

Технологический контроль выполняется, главным образом, с целью постоянного сбора информации и режимах производства, о качестве перерабатываемого материала и готовой продукции. Полученная информация используется для разработки рекомендаций по совершенствованию технологического процесса.

Для повышения надежности принятия решения о необходимости регулирования процесса обжига оперативный контроль может выполняться с помощью контрольных карт, являющихся носителями статистической информации о состоянии технологического процесса.

ОТК и заводская лаборатория:

- назначает и проводит не предусмотрительные, технологическим процессом выборочные проверки качества готовой продукции;

- они же оформляют документы, удостоверяющие соответствие принятой готовой продукции установленным требованиям;

- предъявляют готовую продукцию представителю заказчика;

- ведут учет претензий на несоответствие поставленной продукции предприятием[5].

Цех заполнителей Голубев ПСК-41.dwg