Расчет технологических параметров производства силикатных материалов
Контрольная работа
По дисциплине: «Производство
силикатных материалов»
Тема: «Расчет технологических
параметров производства силикатных материалов»
Содержание
Введение
. Расчет сырьевой смеси
. Расчет горения газообразного топлива
Заключение
Список литературы
Введение
Искусственные органы, саморазрушающийся пластик, самовосстанавливающийся
материал - все это мечты людей о способах облегчить свой быт и улучшить
качество жизни, но мечты становятся реальностью и на помощь приходят «умные» полимеры.
Эти вещества позволяют гораздо упростить проблемы лечения, утилизации продуктов
или их восстановления. Вживляемые в человеческий организм технические приборы
не могут сравниться по эффективности с живыми органами, так как в отличие от
них искусственные органы функционируют только по определенной программе,
заложенной человеком.
Однако «умные» полимеры, по аналогии с живой материей, способны
самостоятельно воспринимать информацию из окружающей среды и изменяться в
соответствии с этой информацией.
Полимерные гидрогели на основе «умных» полимеров - это пористые, хорошо
набухающие, но не растворяющиеся в воде материалы, которые при изменении
внешних условий, например, температуры, кислотности окружающей среды или ее
химического состава, способны изменять степени набухания в воде или даже
переходить в растворимое состояние.
газообразный топливо химический портландцементный
1. Расчет сырьевой смеси
Портландцемент - основное вяжущее, применяемое в современном
строительстве для изготовления монолитных и сборных железобетонных конструкций.
Портландцемент - важнейший представитель строительных цементов.
Строительные цементы - это собирательное название группы гидравлических
вяжущих, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты
кальция. Среди этих вяжущих выделяют цементы на основе портландцементного
клинкера (портландцемент, шлакопортланд-цемент, пуццолановый портландцемент) и
цементы на основе глиноземистого клинкера (глиноземистый, высокоглиноземистый и
гипсоглино-земистый).
Сырьевыми материалами для изготовления портландцементного клинкера
являются карбонатные и глинистые горные породы. Главное химическое соединение
карбонатных пород (известняка, мела) - карбонат кальция СаСО3.
Глинистые породы (в основном глины) содержат различные алюмосиликаты типа. Для
получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении
3:1, т.е. на 1 мас. ч. глины должно приходиться 3 мас. ч. известняка. Известна
горная порода - мергель, представляющая собой природную тесную смесь известняка
и глины именно в таком соотношении. Там, где есть запасы мергеля, цементные
заводы пользуются этим сырьем.
Производство портландцемента включает в себя следующие технологические
операции: приготовление сырьевой смеси, обжиг этой смеси и получение клинкера,
помол клинкера с добавкой гипса.
Приготовление сырьевой смеси заключается в получении однородной
тонкоизмельченной смеси известняка и глины. Эту операцию осуществляют сухим или
мокрым способом. При сухом способе подвергают совместному измельчению сухие
материалы, из которых удаляют свободную влагу до остаточной влажности не более
1...2%. Сухой способ особенно выгоден, если влажность сырья небольшая.
К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция),
а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция).
Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять
свойства минералов.
Алит - основной минерал клинкера. Его химическая формула З СаО • Si02,
сокращенно C3S*. Алита в клинкере содержится 45...60%, т.е. больше,
чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой
прочностью.
Белит - второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается
формулой 2СаО • Si02, сокращенно C2S. Содержание его в
клинкере 20...30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может
в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения.
По этим характеристикам можно составить представление о том, как влияет
количественное соотношение между минералами в клинкере на свойства цемента.
Так, для получения быстротвердеющего цемента надо увеличить содержание в
клинкере наиболее быстротвердеющих соединений, т.е. C3S и С3А.
Такой цемент одновременно обладает и большим тепловыделением. Свойство быстрого
твердения используют при производстве сборного железобетона на заводах, где
важно сократить длительность технологического цикла. Бетон, изготовленный на
цементе с высоким содержанием C3S и С3А, можно
употреблять для работ в зимнее время: из-за большого тепловыделения цемента
конструкция медленно остывает даже на морозе, и бетон набирает достаточно
высокую прочность.
При бетонировании массивных конструкций важно предотвратить излишний
саморазогрев бетона, который может вызвать его растрескивание. В этом случае
применяют цемент с низким тепловыделением, т.е. относительно малым содержанием
C3S и С3А.
Минералы цементного клинкера способны энергично взаимодействовать с
водой, образуя гидратные соединения. Клинкерные минералы растворяются в воде в
большей или меньшей степени, а продукты гидратации цемента (так называемые
новообразования или кристаллогидраты) в воде практически нерастворимы. В
противном случае отвердевшие цемент или бетон не были бы водостойкими.
В результате взаимодействия цемента с водой получаются новые соединения,
в состав которых входит химически связанная вода: гидросиликаты, гидроалюминаты
и гидроферриты кальция, а также гидроксид кальция. Они и обусловливают
формирование прочной структуры твердеющего цемента.
Все химические реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой -
экзотермические, т.е. сопровождаются выделением теплоты. Эк-зотермия цемента
может рассматриваться и как положительное явление (например, при зимнем
бетонировании), и как отрицательное (при бетонировании массивных конструкций
или производстве работ в жаркую сухую погоду).
К одному из продуктов взаимодействия силикатных минералов (алита и
белита) с водой относится гидроксид кальция. Это значит, что в результате
твердения в цементном камне всегда возникает щелочная среда. Данное явление
также имеет свои плюсы и минусы. В щелочной среде, как известно, не происходит
коррозии железа. Поэтому бетоны на портландцементе (и его разновидностях)
хорошо защищают стальную арматуру от коррозии. Это одно из основных условий
высокой долговечности железобетона.
Сырьевые смеси для производства силикатных материалов готовится из
природных компонентов и (или) отходов промышленности. Технологический расчет
сырьевой смеси состоит в нахождении соотношения сырьевых компонентов, которое
обеспечит получение продукта или полуфабриката с заранее заданными
характеристиками. Например, для производства цемента используется сырьевая
смесь, состоящая из четырех основных оксидов: оксид кальция - CaO, оксид кремния - SiO2, оксид алюминия - Al2O3 и оксид железа - Fe2O3. Эти четыре оксида очень редко встречаются в необходимом
соотношении в одном виде сырья. Как правило, для трехкомпонентной сырьевой
смеси используют известковый компонент (СаСО3), глинистый компонент
(nSiO2×mAl2O3×xH2O) и
корректирующую добавку, которая чаще всего служит источником Fe2O3.
Весь расчет сырьевой смеси сводится к решению системы линейных уравнений.
В качестве заданных характеристик клинкера для расчета используются коэффициент
насыщения (КН) и модульные характеристики клинкера (n или p).
Для расчета так же необходимо знать химический состав сырьевых компонентов.
Расчеты сырьевой смеси приведены в таблице 1.
Вывод:
Технологический расчет сырьевой смеси проводим для нахождения соотношения
сырьевых компонентов, которое обеспечит получение продукта при заданных характеристиках.
При заданных коэффициентах насыщения КН и n определили состав сырьевой смеси и клинкера, а также
минералогический состав клинкера. Содержание всех компонентов сырьевой смеси
равно100%.
Таблица 1
2. Расчет горения газообразного топлива
Природный газ - смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном
разложении органических веществ, газ относится к группе осадочных горных пород.
Качество топлива является критичным в производстве цемента. Топливо - не
только источник энергии, необходимый для нагрева материала до температуры
спекания, обычно 1350 °C, но и источник сырьевого материала, поскольку топливо
в реальном процессе смешивается с сырьевым материалом. Поэтому химический
состав золы также важен. Для каждого вида топлива в модель вводится новым
компонент. Один топливный компонент описывается химической формулой,
рассчитанной путем химического анализа, а его молекулярная масса принимается за
1000 г сухого вещества на моль. Энтальпия образования каждого топлива затем
рассчитывается как энтальпия продуктов минус энтальпия реагентов. Энтальпия
реагентов аппроксимируется с калориметрической теплотворностью сухого образца
топлива.
Расчет
горения топлива сводится к определению теплоты горения топлива 
(кДж/нм3 газа), количества воздуха,
необходимого для сгорания топлива (теоретического и действительного,
соответственно 
и 
нм3/нм3
газа) и выхода продуктов горения 
(нм3/нм3
газа). Для расчета необходимо знать состав рабочей массы топлива и
коэффициент избытка воздуха, который для вращающихся печей изменяется от 1,05
до 1,3 в зависимости от свойств используемого топлива. Все расчеты проводятся
на 1 нм3 газообразного топлива.
Формулы
для расчета горения природного газа:
8×С5
);
где
, 
и т.д. -
процент составляющих природного газа .
Массовый
расход воздуха (
и 
, кг/нм3
газа) и выход продуктов горения (Gпг,кг/нм3 газа) определяют с учетом плотности
газов:
ПГ=GСО2+GН2О+GN2+GO2
Результаты
расчета сводят в таблицу материального баланса горения топлива при
действительном расходе воздуха. Сумма масс не должна расходиться более чем на
1%.
Расчеты
расхода топлива приведены в таблице 2.
Вывод:
Определили
количество топлива, которое необходимо для оптимального обжига сырьевой смеси
при постоянной температуре и количество воздуха, необходимое для подачи на
горения для полного сгорания топлива. Определили массовый и объемный расход
топлива, а также определили материальный баланс его состава. Невязка составляет
0,23911%, следовательно, все приходящее топливо в полной мере расходуется на
обжиг сырьевой смеси.
Таблица 2
|
Исходные
данные:
|
Плотность, r
кг/м3
|
0,726
|
коэффициент
избытка воздуха, a
|
1,2
|
Месторождение
топлива
|
|
Состав топлива,
%
|
CH4
|
C2H6
|
C3H8
|
C4H10
|
CO2
|
N2
|
Волгоградское
|
|
98
|
0,1
|
0
|
0
|
0,1
|
1,8
|
100
|
|
|
|
|
Состав топлива
в пересчете на 100%
|
CH4
|
C2H6
|
C3H8
|
C4H10
|
CO2
|
N2
|
Сумма
|
|
|
|
|
98
|
0,1
|
0
|
0
|
0,1
|
1,8
|
100
|
|
|
|
|
Теплота
сгорания топлива:
|
Qн(р)=
|
35167,35
|
кДж/нм3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход воздуха
на горение:
|
Теор.
|
Lо=
|
9,35
|
нм3/нм3
|
Go=
|
12,08
|
кг/нм3
|
|
|
|
|
|
Действ.
|
Lд=
|
11,22
|
нм3/нм3
|
Gд=
|
14,50
|
кг/нм3
|
|
|
|
|
Заключение
При добыче нефти зачастую приходится сталкиваться с проблемами очистки
нефти от воды или песка. «Умные» полимеры, закачанные в нефтяную скважину
способны блокировать водные слои, за счет более весомой плотности воды. И тем
самым очищая нефть от воды.
Если же в нефти, как это часто бывает, присутствует песок или другие
загрязнители, специальные полимеры впитывают их в себя, вытесняя из них
молекулы нефти, тем самым облегчая ее очистку. Полимер в зависимости от
окружения выбирает, что ему делать: блокировать или не блокировать тот или иной
элемент. Все это связано с тем, что полимеры можно запрограммировать
практически под любой вид операций.
Название для такого необычного материала было придумано соответствующее -
T-1000, по аналогии с Терминатором из жидкого металла (фильм Terminator 2),
который мог самостоятельно восстановиться после любых повреждений. К сожалению,
разорванный пластик еще не научили «сползаться», но самостоятельно склеиваться
он уже умеет.
Причем «заживляются» не только царапины или порезы - полимер можно
разрезать на две части, положить одну на другую, и в течение всего двух часов
это уже будет один кусок, который невозможно порвать на месте бывшего разреза.
В основе необычного материала лежат обычные полимеры - полимочевина и
полиуретан, а также так называемые ароматические дисульфиды, которые после
разрезания и дальнейшего соединения начинают вступать между собой в реакцию
обмена, которая происходит даже в обычных условиях при комнатной температуре.
Отмечается, что для срастания на 97% достаточно всего 2 часов.
Изобретатели материала отмечают, что новый пластик дешев, а значит, может
использоваться повсеместно. Таким образом, уже через несколько лет мы сможем не
беспокоиться за внешний вид смартфонов и планшетов - любая царапина или трещина
на них будет исчезать сама собой, разумеется, если корпуса аппаратов будут
выполнены из этого чудесного пластика.
Ученые не останавливаются на достигнутом и надеются, что когда-то
выбросив пакет в мусорные ведро вечером, утром просто не окажется в ведре,
пакет распадется на безвредные для экологии и человека элементы и исчезнет.
Список литературы
1. Справочник по производству цемента / под ред. Н.Н. Холина.
- И.: Госстройиздат, 2009. - 852с.
2. ГаряевС.Г., Сопин М.В. Основы технологии и
технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и
конструкций БелГТАСМ Чаус К.В.,
. Сулименко Л.М. Технологии минеральных вяжущих материалов
и изделий на их основе: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.:
Высш. шк., 2010.
. Чистов Ю.Д., Лабзина Ю.В. Технология производства
строительных материалов, изделий и конструкций. - М.: Стройиздат, 2008.