Производство гашенной строительной воздушной извести

Производство гашенной строительной воздушной извести

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Северо - Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова»

Инженерно-технический институт

Кафедра: «Производство строительных материалов изделий и конструкций»

Комплексный курсовой проект по дисциплинам:

«Вяжущее вещества», «Процессы и аппараты в технологии строительных изделий» и «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии»

По теме: «Производство гашенной строительной воздушной извести»

Выполнил: студент группы

ПиПСМИК-12

Степанов Ю.В.

Проверил: преподаватели

Егорова А.Д.

Рожин В.Н.

Якутск 2014

Содержание

Введение

Технологическая схема

Номенклатура продукции

Режим работы цеха

Расчет производительности грузопотоков и определение расхода сырьевых материалов

Расчет основного технологического и транспортного оборудования

Выбор технологического транспортного оборудования

Расчет пылеосадочных систем

Расчет потребности в энергетических ресурсах

Охрана труда

Охрана окружающей среды

Использованная литература

сырьевой известь оборудование

Введение

Гашеная известь - белый порошок, получаемый в результате взаимодействия определенного количества воды и негашеной извести, при дальнейшем разбавлении водой можно получить известковое тесто или известковое молоко. Процесс гашения извести носит название гидратации и протекает с интенсивным выделением тепла, при этом ее объем увеличивается в 2-3 раза. Известь гидратная используется в производстве сухих строительных смесей, минеральных удобрений, а также применяется для нейтрализации вредных выбросов металлургических и мусоросжигательных предприятий.

Область применения: Область применения извести многогранна и важна. Наиболее крупными потребителями данной продукции являются черная металлургия, строительная индустрия, целлюлозно-бумажная промышленность, химическая промышленность, сахарная промышленность и сельское хозяйство. Также в значительных объемах известь используется для охраны окружающей среды (нейтрализация сточных вод и дымовых газов).

ГОСТ 9179-77 (Группа Ж12), ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР “ИЗВЕСТЬ СТРОИТЕЛЬНАЯ”. Технические условия Lime for building purposes. Specifications. ОКП 57 4400.  Дата введения 1979-01-01.

Технологическая схема производства строительной воздушной извести

.Склад сырья 2. Мостовой кран 3. Промежуточный бункер 4. Пластинчатый питатель 5. Виброгрохот 6. Бункер известняка 7. Наклонный ленточный транспортер 8. Горизонтальный ленточный транспортер 9. Бункер 10. Автоматический дозатор 11.Ковш 12. Шахтная печь 13. Пластинчатый транспортер 14. Молотковая дробилка 15.Элеватор 16.Бункер извести 17. Дисковый питатель 18. Течка 19. Гидратор 20. Бункер отходов 21. Элеватор 22. Сепаратор 23. Бункер промежуточный 24. Пневмовинтовой насос 25. Бункер примесей 26. Силосный склад пушонки 27-28. Пневмовыгружатели боковой и донной выгрузки 29. Бункер 30. Упаковочная машина 31. Транспортер.

Описание технологического процесса

Сырьем для производства воздушной извести служат горные породы, содержащие в основном углекислый кальций - мел, известняк, известковые туфы и т.д. Разработку залежей известняка ведут открытым способом с помощью взрывных работ с последующей погрузкой породы на транспортные средства одноковшовыми экскаваторами.

Размеры кусков поставляемой с карьера породы достигают 50 - 60 см и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60 - 200 мм.

При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5 - 20 мм или 20 - 40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить.

Дробленый материал подвергается рассеву на грохотах, что обеспечивает постоянство фракционного состава.Основа получения известковых вяжущих - обжиг карбонатсодержащих пород. При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции СаСОз--CaO+ СО2.

Как правило, обжигу подвергают твердые карбонатные породы в виде кусков, но возможна и тепловая обработка меловых шламов. Температура разложения карбоната кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Разложение СаСО3 начинается уже при 600°С, и с повышением температуры реакция ускоряется. При 900°С парциальное давление углекислоты достигает атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость разложения, но отрицательно сказывается на качестве извести - ухудшает ее реакционную способность вследствие роста размеров кристаллов.

При обжиге кусков в первую очередь декарбонизируются поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой пористости и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты вглубь кусков. Чем толще слой извести, тем выше его сопротивление проникновению теплоты и тем более высокие температуры нужны для передачи теплоты в глубину. Поэтому практически температура обжига всегда выше теоретической. Ее устанавливают на каждом заводе в зависимости типа печи и других факторов - плотности сырья, наличия примесей, размера частиц (кусков) сырья и т.д. Чем плотнее и чем более крупнокристалличным является сырье, тем выше требуемая температура обжига. Наличие глинистых примесей облегчает удаление СО и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств. Уже при 1000 - 1100°С возникает опасность пережога поверхности кусков извести. В заводских условиях температура обжига карбоната кальция составляет 1050-1200°С, причем под температурой обжига понимают не температуру в печи, а температуру обжигаемого материала.

Диссоциация углекислого кальция - обратимая реакция, протекающая при определенных температурах и соответствующих парциальных давлениях углекислого газа. Установившееся при какой-либо температуре химическое равновесие в системе СаСО3 -СаО + СО2, можно сместить слева направо удалением некоторого количества СО2, что вызывает диссоциацию новых частиц карбоната и выделение дополнительных количеств углекислого газа. Это дает возможность интенсифицировать процесс разложения известняка путем усиления тяги в печи. Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого продукта. Для завершения процесса обжига необходимо определенное время, в течение которого материал должен находиться в печи. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО3 по куску зависит от температуры обжига: при 900°С она составляет примерно 2 мм/ч, а при 1100°С - 14 мм/ч, т.е. обжиг идет в 7 раз быстрее. Для повышения производительности печей желательно уменьшение размеров кусков в допустимых пределах. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров. Характер процессов, протекающих при обжиге мела или известняка, зависит также от содержания в них примесей, влияющих на свойства обожженного материала. При температуре 850 - 1100°С образующийся оксид кальция взаимодействует с кислотными оксидами примесей Si02, Аl2О3 и Fe2О3 с получением двухкальциевого силиката 2СаО* SiO2, двухкальциевого феррита 2СаО* Fe2О3, однокальциевого алюмината СаО* Аl2О3 и др. Количество их зависит от химико-минералогического состава исходного сырья. Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах можно обжигать только твердые породы (известняк, мрамор и др.), а во вращающихся - как твердые породы, так и шламы мягких пород, например мела. Основная задача при обжиге обеспечение максимальной степени декарбонизации СаСО3 приминимальной температуре. Повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как развивается явление «пережога». Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи, высота которых достигает 20 м. В шахтной печи различают (считая сверху вниз) три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива - кокса или антрацита) удаляется влага. Известнякнагревается до температуры начала диссоциации, а топливо - до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО3 и MgCO3 .

В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.

Шахтные печи различают по виду применяемого в них топлива и по способу его сжигания. В пересыпных печах твердое топливо подается вместе с сырьем и сгорает между кусками обжигаемого материала. Здесь применяют топливо с малым содержанием летучих - антрацит, кокс и тощие сорта каменного угля, дающие при горении короткое пламя. В печах с выносными топками последние расположены по внешнему периметру печи. В нихсжигается твердое топливо (полностью или частично) и образующиеся горячие газы поступают в зону обжига. Применяют длиннопламенное топливо с высоким содержанием летучих, а также торф, дрова, горючие сланцы. В газовых печах топливом чаще всего служит природный газ, который подается непосредственно в шахтную печь и сжигается в слое материала.

Наиболее производительны и экономичны пересыпные печи, но в них продукт обжига загрязнен золой. Печи с выносными топками имеют то преимущество, что способны работать на низкокачественном, менее дефицитном топливе, но их тепловой КПД ниже по сравнению с пересыпными печами. Наиболее высокое качество имеет продукт при обжиге в газовых печах.

Рисунок 1.

а) распределение зон обжига в шахтной печи; б) температурный режим при обжиге извести; 1- температура материала; 2- температура горячих газов; I-зона подогрева; II- зона обжига; III- зона охлаждения

Номенклатура продукции

Исходные данные:

Производительность годовая: 100 тыс.т/год

Максимальный диаметр куска: 250 мм.

Влажность: 7%

Содержание СаСО3-78%-17%

Режим работы цеха

Режим работы цеха характеризуется числом рабочих дней в году, количеством рабочих смен в сутки и количеством часов работы в смену.При прерывной рабочей неделе с двумя выходными днями при трехсменной работе Ки принимается равным 0,876. Годовой фонд работы оборудования составляет - при прерывной неделе в три смены - 253 дня х 23 ч+52 дн х 8ч = 6235 ч. Расчетный фонд рабочего времени составит при работе в три смены: Вр3=6235 ЧЧ 0,876 = 5462 ч.

Зная режим работы предприятия, можно выполнить расчет производственной программы по выпуску вяжущего.

Таблица 1.

Производственная программа предприятию выпуску вяжущего вещества.

Расчет грузопотоков (расчет сырьевых материалов) при производстве гашеной строительной воздушной извести

Производство вяжущих веществ связано с переработкой и транспортировкой больших количеств материалов. При этом объем перерабатываемых материалов изменяется в связи с неизбежными потерями технологического (обжиг, сушка) и механического (унос, распыл) характера. Учет изменений, происходящих в перерабатываемых материалах на всех стадиях производственного процесса, необходим для определения расхода сырьевых материалов и для расчета и подбора оборудования. Определение количества материалов, проходящих через отдельные технологические операции, называют расчетом грузопотоков. Расчет ведут, исходя из программы производства, начиная со склада готовой продукции к складам сырья. Размеры технологических потерь определяют по нормативным данным. Размеры механических потерь во многом зависят от организации производственного процесса и применяемого оборудования и принимаются на основании опыта аналогичных предприятий.

На склад готовой продукции поступает ежегодно 100 тыс. т в год, в час 18 т.

При транспортировании на склад теряется 1%, следовательно из бункера должно выходить в год, в час:

Г1=100000*1,01=101000т Гч=18*1,01=18,18т

Потери продукта в результате его карбонизации углекислым газом в гидраторе (сепараторе) +24%:

Г1=101000*0,76=76760т Гч=18,18*0.76=13,81т

Потери при дроблении составляют 0,5%:

Г1=76760*1,005=77143,8т Гч=13,81*1,005=13,87т

В шахтную печь материал должен поступать с учетом потери в массе за счет дегитратации. Во время обжига известняк немного уменьшается в объеме и очень значительно в весе, так как теряет углекислый газ, составляющий в чистом известняке до 44% от общего веса. Вследствие потери углекислого газа куски извести после обжига получается пористыми.

Г1=77143,8*1,44=111087.072т Гч=13,87*1,44=19,97т

Потери при транспортировании сырья со склада - 0,5%, на складе должно быть:

Г1=111087.072*1,005=111642,5т Гч=19,97*1,005=20,06т

Таблица 2.

Расчет грузопотоков расчет сырьевых материалов при производстве безусадочного портландцемента.

Расчеты:

+Н2О=Са(ОН)2 гидратация

18 74

%↔t CaO +CaO2↑ декорбанизация

44

Расчет основного технологического и транспортного оборудования

Расчет расходных бункеров. Бункера - саморазгружающиеся емкости для приемки и хранения сыпучих материалов - устанавливают над технологическим оборудованием для обеспечения его непрерывной работы. Обычно бункера рассчитывают на 1,5 - 2 - часовой запас материала.

Бункер №1 - бункер для извести над инерционным грохотом;

Бункер №2 - бункер для извести над шахтным печем;

Бункер №3 - бункер для горелой породы над гидратором;

Бункер №4 - бункер отходов;

Бункер №5 - бункер промежуточный;

Бункер №6 - Бункер примесей для силосного склада.

Бункер №7 - бункер для готовой продукции.

Где, Пч- расход материала, м3/ч,- запас материала, ч,

η - коэффициент заполнения, принимается равным 0,89 - 0,9

. Vгеом=50,789м3 размеры (3,7∙3,7∙3,7)

. Vгеом=51,431м3 размеры (3,7∙3,7∙3,7)

. Vгеом=24,022м3 размеры (2,7∙2,7∙2,7)

. Vгеом=24,262м3 размеры (2,7∙2,7∙2,7)

. Vгеом=28,487м3 размеры (3∙3∙3)

. Vгеом=33,044м3 размеры (3∙3∙3)

. Vгеом=37,500м3 размеры (3∙3∙3)

h

                                                        в

Расчет пылеосадочных систем

вx=Zвых*(1-√(n/100))

Циклон Zвx=5,28г/м3

Батарейный циклон Zвx=0,41г/м3

Рукавный фильтр Zвx=0,004г/м3=4мг/м3

воз=Vвх=1,5*(Q/Cv*t1)*((273-t2)/273)=1,5*(6000/1,31*1200)*((273-200)/273)= =1,53 м3возд=Vвх*(Пвл-Псх)=1,53*(20510-18490)=3090,6м3

Выбор технологического транспортного оборудования

Таблица 3

Расчет потребности в энергетических ресурсах

Таблица 4

Расход электроэнергии

Потребность цеха в энергетических ресурсах

Удельный расход электроэнергии:

Эуд=Эч/Пч

Эуд=309547,38/900= 3439,42

Охрана труда

Рабочие будут обеспечены виброгасящей и диэлектрической обувью, респираторами, защитными очками в зависимости от места и характера их работы.

Рабочие вредных профессий будут получать спецмолоко и дополнительные отпуска согласно КЗоТ РФ.

Пожарная безопасность будет обеспечена согласно требованиям противопожарной безопасности.

Будет выполнено надежное заземление, служба цеха периодически будет проверяться техническими инспекторами отраслевых профсоюзов, санитарной и противопожарной службами.

Рабочие и специалисты будут периодически проходить вводные и общие инструктажи по технике безопасности, охране труда и промсанитарии.

Охрана окружающей среды

Источником, наносящим экологический вред окружающей среде, может быть пыль, дым образованный в ходе производства извести.

В местах выделения пыли, дыма (шахтная печь) стоят вытяжные вентиляторы, которые пропускают газы через аспирационные устройства, выбрасывают очищенный воздух в атмосферу. А осажденную пыль собирают в циклонах и направляют в пневмотранспортер, оттуда она идет в склад. Из этого видно, что цех полностью работает по безотходной системе, способен пустить в производство свои отходы.

Технико-экономические показатели

Расход электроэнергии устанавливают делением часового расхода электроэнергии на часовую производительность предприятия. Аналогичным расчетом могут быть получены расходы всех других энергетических ресурсов на единицу продукции.

Съем продукции с 1м2 производственной площади характеризует степень компактности запроектированных компоновочных решений и уровень использования производственных площадей.

=100000/15*60=111,11

где    Пг- годовая производительность запроектированного цеха в принятых расчетных единицах;- развернутая (т.е. суммарная) площадь всех этажей.

Таблица 11. Технико-экономические показатели

Использованная литература

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине«Вяжущие вещества» для студентов специальности270106 «Производство строительных материалов,изделий и конструкций». О.И. Матвеева к.т.н., Г.Д. Федорова к.т.н., А.Д. Егорова к.т.н., доцент-исследователь кафедры ПСМИК Якутск 2013 г.

Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Строй издат,1986.