Технологический расчет сырьевой смеси для производства цемента
Содержание
1. Определение
возможности расслоения сырьевого шлама
.1 Характеристика сырьевых
материалов
1.2 Характеристика сырьевого
шлама
2. Определение скорости
осаждения сырьевых компонентов в зависимости от гранулометрии при заданной
температуре шлама
3. Расчет горения
топлива
.1 Характеристика жидкого
топлива
3.2 Расчет горения твёрдого
топлива
4. Расчёт количества
расплава в клинкере
.1 Клинкер и его
характеристика
4.2 Расчет трехкомпонентной
сырьевой смеси
Список используемой
температуры
1. Определение
возможности расслоения сырьевого шлама
.1
Характеристика сырьевых материалов
Доломит CaMg[CO3]2 Химический состав. Двойная соль
СаСО3-МgСО3; окись кальция (СаО) 30,4%, окись магния
(MgO) 21,7%, двуокись углерода (СО2) 47,9%; изоморфные примеси: железо,
марганец (до нескольких процентов).
Форма кристаллов ромбоэдрические; грани кристаллов часто искривлены.
Кристаллическая структура характеризуется тем, что ионы кальция (Са) и магния
(Mg) чередуются вдоль тройной оси. Класс симметрии: ромбоэдрический - 3.
Спайность: совершенная по ромбоэдру. Агрегаты: обычно зернистые, часто
пористые, реже почковидные, ячеистые, шарообразные.
Свойства
минерала. Сингония
<#"554704.files/image001.gif">
Мусковит. Округленные частицы
|
Эквивалентный диаметр
|
Критерий Ar
|
Критерий Ly
|
Скорость осаждения
|
|
0,001
|
19620,0000
|
500
|
0,2141
|
|
0,0008
|
10045,4400
|
100
|
0,1252
|
|
0,0007
|
6729,6600
|
67
|
0,1095
|
|
0,0005
|
2452,5000
|
22
|
0,0756
|
|
0,0004
|
1255,6800
|
10,5
|
0,0591
|
|
0,0003
|
529,7400
|
3
|
0,0389
|
|
0,0002
|
156,9600
|
0,7
|
0,0239
|
|
0,00015
|
66,2175
|
0,18
|
0,0152
|
|
0,0001
|
19,6200
|
0,02
|
0,0073
|
|
0,00005
|
2,4525
|
0,0008
|
0,0025
|
|
0,00004
|
1,2557
|
0,0003
|
0,0018
|
|
0,00003
|
0,5297
|
0,0002
|
0,0016
|
|
0,00002
|
0,1570
|
0,00012
|
0,0013
|
Магнетит. Угловатые частицы
|
Объём частицы
|
Эквивалентный диаметр
|
Критерий Ar
|
Критерий Ly
|
Скорость осаждения
|
|
2,35702E-10
|
0,000766399
|
8390,4979
|
59
|
0,13419176
|
|
1,2068E-10
|
0,000613119
|
4295,9349
|
28
|
0,10467135
|
|
8,08459E-11
|
0,000536479
|
2877,9408
|
12
|
0,0789167
|
|
2,94628E-11
|
0,0003832
|
1048,8122
|
7
|
0,06593882
|
|
1,50849E-11
|
0,00030656
|
536,9919
|
2
|
0,04342953
|
|
6,36396E-12
|
0,00022992
|
226,5434
|
0,75
|
0,03131811
|
|
1,88562E-12
|
0,00015328
|
67,1240
|
0,15
|
0,01831494
|
|
7,95495E-13
|
0,00011496
|
28,3179
|
0,03
|
0,01071064
|
|
2,35702E-13
|
7,66399E-05
|
8,3905
|
0,004
|
0,00547178
|
|
2,94628E-14
|
3,832E-05
|
1,0488
|
0,00015
|
0,00183149
|
|
1,50849E-14
|
3,0656E-05
|
0,5370
|
0,00012
|
0,00170021
|
|
6,36396E-15
|
2,2992E-05
|
0,2265
|
0,00011
|
0,0016516
|
|
1,88562E-15
|
1,5328E-05
|
0,0671
|
0,0001
|
0,00159996
|
|
Задаем содержание компонентов в следующих соотношениях, %:
|
|
Доломит:
|
79
|
|
|
|
Мусковит:
|
19
|
|
|
|
Магнетит:
|
2
|
|
|
Выполним пересчет частиц в соответствии с содержанием компонентов:
|
Компонент №1
|
Компонент №2
|
Компонент №3
|
|
Название
|
|
Доломит
|
Мусковит
|
Магнетит
|
|
Форма частиц
|
|
Пластинчатые
|
Округленные
|
Угловатые
|
|
Гранулометрический состав, %
|
0,001
|
0,79
|
0,038
|
0,0002
|
|
0,0008
|
0,79
|
0,152
|
0,0002
|
|
0,0007
|
1,58
|
0,19
|
0,0004
|
|
0,0005
|
3,16
|
0,57
|
0,0012
|
|
0,0004
|
3,16
|
0,95
|
0,01
|
|
0,0003
|
3,95
|
3,8
|
0,006
|
|
0,0002
|
9,48
|
7,6
|
0,002
|
|
0,00015
|
19,75
|
3,8
|
0,04
|
|
0,0001
|
19,75
|
0,95
|
0,1
|
|
0,00005
|
9,48
|
0,57
|
0,14
|
|
0,00004
|
3,95
|
0,19
|
0,3
|
|
0,00003
|
1,58
|
0,095
|
0,5
|
|
0,00002
|
1,58
|
0,095
|
0,9
|
Примем следующие скорости осаждения для минералов:
|
Доломит:
|
0,0012
|
м/с
|
|
Мусковит:
|
0,0024
|
м/с
|
|
Магнетит:
|
0,0016
|
м/с
|
Количество осевших в компонентах частиц будет равно:
|
Компонент №1
|
Компонент №2
|
Компонент №3
|
|
Название
|
|
Доломит
|
Мусковит
|
Магнетит
|
|
Форма частиц
|
|
Пластинчатые
|
Округленные
|
Угловатые
|
|
Гранулометрический состав, %
|
0,0001
|
19,75
|
-
|
-
|
|
0,00005
|
9,48
|
-
|
-
|
|
0,00004
|
3,95
|
0,19
|
-
|
|
0,00003
|
1,58
|
0,095
|
-
|
|
0,00002
|
1,58
|
0,095
|
0,9
|
|
Сумма:
|
36,34
|
0,38
|
0,9
|
Количество осевших в смеси частиц будет равно:
|
Наименование
|
Количество осевших частиц, %
|
|
Доломит
|
36,34
|
|
Мусковит
|
0,38
|
|
Магнетит
|
0,9
|
|
Смесь
|
37,62
|
3. Расчет
горения топлива
.1
Характеристика жидкого топлива
Производительность вращающихся печей и удельный
расход тепла в них зависят от целого ряда факторов и в том числе от режима
работы (в первую очередь от разности температуры газов и материала), расхода
топлива и сырья в единицу времени.
Жидкое топливо. В цементной промышленности применяют высокосернистый и
высокопарафинистый мазут, который теряет свою подвижность при температуре 10…30о
С из-за нарастающей вязкости.
Мазут - густая тёмно-бурая жидкость, остаток от перегонки нефти,
состоящий из парафинов, нафтенов и ароматических углеводородов. Тепло-творная
способность мазута изменяется:8500…10000 ккал/кг. Смесь углеводородов,
испаряющихся и разлагающихся при повышении температуре, образует продукты
разложения в виде СО, Н2, С которые окисляясь образуют
факел. Как правило, на заводе имеется месячный запас мазута, который хранится в
металлических емкостях. Предварительно мазут подают в расходные баки, в которых
он подогревается до температуры 70…120оС, и только после этого
поступает в мазутные горелки - форсунки. При поступлении в горелку
неподогретого мазута возможна сильная пульсация (50оС) или
вспенивание(80оС). Скорость сгорания мазута, как и интенсивность
излучения, несколько ниже, чем угольного топлива. Поэтому удельный расход
мазута на обжиг на 5…7% выше.
Теплота диссоциации - энергия необходимая для разложения мазута на
составляющие, способные вступать в реакции окисления. Пирогенетическое
разложение начинается при 400оС и протекает весьма интенсивно при
повышении температуры.
При термической диссоциации углеводороды разлагаются на более простые и
водород. Если процесс окисления не завершается полностью, то в отходящих газах
печи появляется СО и водород, исходные неокисленные углеводороды и метан. При
этом пламя получается короткое и прозрачное. Длинный светящийся факел
образуется при относительно грубом распылении мазута, большой скорости вылета
из форсунки и малом избытке воздуха. Распыление мазута выполняет ту же роль,
что и помол угля, и горение протекает тем лучше, чем меньше размер капель.
Расчет
горения топлива сводится к определению теплоты горения топлива 
, количества воздуха, необходимого для сгорания
топлива (теоретического и действительного, соответственно L°B
и 
и выхода продуктов горения Lnr.
Для расчета необходимо знать состав рабочей массы топлива и коэффициент избытка
воздуха а, который для вращающихся печей изменяется от 1,05 до 1,3 в
зависимости от вида используемого топлива.
3.2 Расчет
горения твёрдого топлива
|
Состав горючей массы мазута, %
|
|
С г
|
Нг
|
Sг
|
Nг
|
Oг
|
Aр
|
Wр
|
|
87,6
|
10,5
|
0,9
|
0,7
|
0,3
|
0,3
|
4
|
α= 1,1
Определение состава рабочего топлива
|
Состав влажного рабочего топлива, %
|
|
С р
|
Нр
|
Sр
|
Nр
|
Oр
|
Aр
|
Wр
|
|
83,83
|
10,05
|
0,86
|
0,67
|
0,29
|
0,30
|
4,00
|
Теплотворная способность топлива
= 38731,94 кДж/кг
Теоретический объемный расход воздуха:
L0 = 10,13 м3/кг
Теоретический массовый расход воздуха:
= 13,10 кг/кг
Действительный расход воздуха
= 11,15 м3/кг=
14,41 кг/кг
|
Выход продуктов полного горения при α=1,1
|
|
CO2
|
H2O
|
N2
|
O2
|
Сумма
|
|
L, м3/кг
|
1,56
|
1,18
|
8,86
|
0,21
|
11,81
|
|
m, кг/кг
|
3,08
|
0,95
|
11,08
|
0,30
|
15,42
|
|
Материальный баланс горения топлива (на 100 кг топлива)
|
|
Приход материалов
|
кг
|
Выход материалов
|
кг
|
|
Мазут
|
100,00
|
1. Углекислый газ CO2
|
308,27
|
|
Воздух
|
1441,46
|
94,59
|
|
|
3. Азот N2
|
1108,47
|
|
|
4. Кислород O2
|
30,41
|
|
Итого:
|
1541,46
|
Итого:
|
1541,75
|
Невязка баланса =
0,018393 %
сырьевой
шлам клинкерный смесь
4. Расчёт
количества расплава в клинкере
.1 Клинкер
и его характеристика
Цементная сырьевая смесь готовится из природных
компонентов и отходов промышленности. Технологический расчет сырьевой смеси
состоит в нахождении соотношений материалов в смеси, обеспечивающих получение
клинкера с заранее определенным рядом характеристик. Для производства цемента
используется сырьевая смесь, состоящая из четырех основных оксидов: оксид
кальция - СаО, оксид кремния - SiO2, оксид
алюминия - А12О3 и оксид железа - Fe2O3. Эти четыре оксида очень редко встречаются в необходимом
соотношении в одном виде сырья. Kaк
правило, для трехкомпонентной сырьевой смеси используют известковый компонент
(СаО), глинистый компонент (SiО2,
A12O3) и корректирующую добавку, которая чаще всего служит
источником Fe2O3.
Содержание отдельных оксидов в портландцементном клинкере колеблется
незначительно. Поэтому проектировать состав клинкера по отдельным оксидам
обычно не принято. Более важной характеристикой клинкера является соотношение
между отдельными оксидами и содержание клинкерных минералов.
Клинкер характеризуется тремя модулями:
· гидравлический, или основной:
;
· кремнеземистый, или силикатный:
;
· глиноземистый, или алюминатный:
.
Обычно значения модулей колеблются в следующих пределах: m=1,9-2,4; n=1,7-3,5; р=1-3.
Введение коэффициента насыщения позволило отказаться от использования
гидравлического модуля.
При расчете КН используют формулу:
Зная
КН и химический состав клинкера, можно определить его минералогический состав.
Величина
КН однозначно определяет отношение между C3S и C2S.
При КН выше 0,92 количество C3S в клинкере больше 60, и клинкер относится к алитовым.
При КН меньше 0,81 количество алита меньше 37 % и клинкер относится к
белитовым.
4.2 Расчет
трехкомпонентной сырьевой смеси
|
Исходное содержание оксидов в клинкере (масс. %)
|
|
CaO
|
SiO2
|
MgO
|
R2O
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
Сумма
|
|
60
|
20
|
1
|
2
|
5
|
3
|
91
|
|
Пересчет на 100 %
|
|
CaO
|
SiO2
|
MgO
|
R2O
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
Сумма
|
|
66,136
|
22,045
|
1,102
|
2,205
|
5,511
|
3,000
|
100,000
|
|
65,864
|
21,955
|
1,098
|
2,195
|
5,489
|
3,400
|
100,000
|
|
65,591
|
21,864
|
1,093
|
2,186
|
5,466
|
3,800
|
100,000
|
|
65,318
|
21,773
|
1,089
|
2,177
|
5,443
|
4,200
|
100,000
|
|
65,045
|
21,682
|
1,084
|
2,168
|
5,420
|
4,600
|
100,000
|
|
64,773
|
21,591
|
1,080
|
2,159
|
5,398
|
5,000
|
100,000
|
|
64,500
|
21,500
|
1,075
|
2,150
|
5,375
|
5,400
|
100,000
|
|
64,227
|
21,409
|
1,070
|
2,141
|
5,352
|
5,800
|
100,000
|
|
63,955
|
21,318
|
1,066
|
2,132
|
5,330
|
6,200
|
100,000
|
|
63,682
|
21,227
|
1,061
|
2,123
|
5,307
|
6,600
|
100,000
|
|
63,409
|
21,136
|
1,057
|
2,114
|
5,284
|
7,000
|
100,000
|
|
Характеристики
|
|
КН
|
n
|
p
|
G1350
|
G1450
|
|
0,907
|
2,590
|
1,837
|
20,654
|
26,591
|
|
0,905
|
2,470
|
1,614
|
21,476
|
27,409
|
|
0,902
|
2,360
|
1,438
|
22,298
|
28,227
|
|
0,900
|
2,258
|
1,296
|
23,120
|
29,045
|
|
0,898
|
2,164
|
1,178
|
23,942
|
29,864
|
|
0,895
|
2,077
|
1,080
|
24,764
|
30,682
|
|
0,893
|
1,995
|
0,995
|
25,586
|
31,500
|
|
0,890
|
1,920
|
0,923
|
26,408
|
32,318
|
|
0,888
|
1,849
|
0,860
|
27,230
|
33,136
|
|
0,885
|
1,783
|
0,804
|
28,052
|
33,955
|
|
0,883
|
1,721
|
0,755
|
28,874
|
34,773
|
Вывод
Ø По полученным данным можно сделать вывод о том, что
оптимальное значение силикатного модуля (n) для получения расплава в количестве
20-30% находится в пределах 2,59-2,164.
Ø По полученным данным можно сделать вывод о том, что
оптимальное значение глиноземистого модуля (p) для получения расплава в количестве 20-30% находится в
пределах 1,178-1,837.
Ø По полученным данным можно сделать вывод о том, что
оптимальное содержание оксида железа для получения расплава в количестве 20-30%
находится в пределах до 5%.
Список
используемой температуры
1. Павлов
К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и
аппаратов химической технологии. Л. «Химия», 1987 г,578 с.
. Справочник
по проектированию цементных заводов. Под редакцией С. И. Данюшевского. Л.
Стройиздат. 1969 г.240 с.
.
Методические указания к дипломному проектированию. Материальный баланс завода.
Теплотехнические расчеты тепловых агрегатов.№136. Белгород - 1978 г.
. Справочник
по производству цемента. Под редакцией И.И. Холина. М. Госстройиздат.1963 г.
. Бутт Ю.М.,
Сычев М.М. Химическая технология вяжущих материалов. Учебник для вузов.-М.:
Высш. школа,1980.-472с