Расчет двухкомпонентной сырьевой шихты

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра Строительные материалы

Учебно-методическое пособие

Проектирование предприятий по производству минеральных вяжущих

По курсу «Вяжущие вещества»

для студентов специальности 290600

«Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

Тюмень, 2005г.

Проектирование предприятий по производству минеральных вяжущих

Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по дисциплине «Воздушные вяжущие вещества»

Тюмень:ТюмГАСА, 2005г., 57с.

Авторы: к.т.н. Зимакова Г.А.,доцент кафедры СМ

Солонина В.А.,ст. преподаватель кафедры СМ

Методически указания утверждены на заседании кафедры,

Протокол № ____ от «___» _______________ 2005г.

Утверждено на УМС академии

Протокол №___ от «___» _______________ 2005г.

Тираж ______ экземпляров

СОДЕРЖАНИЕ:

стр.

1. Цели и задачи курсового проектирования ………………………….. 4.

2. Задание на курсовой проект ………………………………………….. 4.

3. Организация работы над курсовым проектом ……………………..... 5.

4. Обоснование и выбор сырья ………………………………………….. 6.

4.1. Сырьевые материалы для производства

портландцемента и его разновидностей …………………….. 6.

4.2. Технологическое топливо …………………………………….. 7.

4.3. Расчет состава сырьевой смеси

для производства портландцемента …………………………. 8.

5. Технологическая часть ………………………………………………. 16.

5.1. Выбор и обоснование технологической

схемы производства …………………………………………. 16.

5.2. Технологическая схема ………………………………………. 16.

5.3. Определение режима работы предприятия ………………….. 18.

5.4. Расчет материального баланса ……………………………... 19.

5.5. Выбор оборудования …………………………………………. 20.

5.6. Расчет емкости складов и бункеров …………………………. 21.

5.7. Расчет потребности в энергоресурсах …………………….... 25.

5.8. Компоновка поточной линии производства ………..………. 26.

6. Технико-экономические показатели ………………………………... 26.

7. Контроль производства и качества готовой продукции …………… 27.

8. Мероприятия по технике безопасности, охране труда и

защите окружающей среды ………………………………………...... 27.

Список рекомендуемой литературы ……………………………………… 28.

Приложение 1. Титульный лист ………………………………………... 29.

Приложение 2. Химический состав сырьевых компонентов …………….. 30.

Приложение 3. Оборудование для дробления ……………………………. 33.

Приложение 4. Оборудование для тонкого измельчения – помола ……... 39.

Приложение 5. Сепараторы и классификаторы …………………………… 43.

Приложение 6. Оборудование для сушки материала …………………….. 44.

Приложение 7. Оборудование для обжига портландцементной

сырьевой шихты и охлаждения клинкера ……...…….…. 46.

Приложение 8. Пылеулавливатели, вентиляторы, дымососы …………… 50.

Приложение 9. Компоновочные решения ………………………………... 52

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

В программе подготовки инженеров-технологов по специальности 290060 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» выполнение курсового проекта по дисциплине «Вяжущие вещества» является одним из основных этапов.

Современные заводы по производству вяжущих веществ представляют собой предприятия, состоящие из различных высоко механизированных и автоматизированных технологических линий, проектирование которых связано с выполнением комплекса проектных решений технологического, технического, организационного, экологического характера. Проектирование технологических линий и цехов является творческой работой и требует предварительного изучения теории вяжущих веществ, основ технологической организации производства.

В процессе выполнения курсового проекта реализуются следующие задачи:

- Самостоятельная работа студента, в которой систематизируются, углубляются и закрепляются знания и навыки, полученные при изучении дисциплин: механическое оборудование, процессы и аппараты, материаловедение, вяжущие вещества и при прохождении ознакомительной практики.

- Творческая работа, приобретение навыков использования учебной, справочной и нормативной литературой, обоснования применяемых решений, выполнения расчетов и графической части работы.

- Подготовительная работа – приобретение опыта работы над курсовыми проектами по профилирующим дисциплинам.

- Программное проектирование – расчет сырьевой смеси выполняется по программе.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Задание на курсовой проект студент получает от преподавателя по одному из вариантов. В задании указывается вид выпускаемого цемента или другого вяжущего, производительность завода; качественные характеристики сырья (вид, химический состав, влажность); модульные характеристики клинкера; другие данные, необходимые для выполнения проекта.

В процессе консультаций уточняется особенность получаемого вяжущего на основании минералогического состава клинкера, согласуется основная техническая и технологическая идея проекта.

Содержание и объем курсового проекта.

Проект состоит из двух частей:

1. Расчетно-пояснительной записки (объем 20-30 страниц).

2. Графической части на 1-2 листах формата А-1-3.

Пояснительная записка и чертежи должны быть выполнены в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и действующих стандартов (ГОСТ 2.701.-84:2.797-81 и др.).

Расчетно-пояснительная записка должна быть написана грамотно, разборчиво, лаконично, иметь титульный лист (приложение 1), задание, оглавление, пояснительную, расчетную, экономическую части и список использованной литературы. Титульный лист записки и чертежи подписывают студент и руководитель.

Графическая часть курсового проекта содержит технологическую схему производства или план и разрезы цеха в масштабе 1:100 (допускаются масштабы 1:50 и 1:200).

1. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ НАД КУРСОВЫМ ПРОЕКТОМ

3.1. При выполнении курсового проекта студент самостоятельно решает вопросы по технологическим характеристикам производимой продукции, решает вопросы и разрабатывает принципиальную технологическую схему производства, устанавливает взаимосвязь отдельных операций и процессов в общем технологическом цикле. После разработки материального баланса по основным технологическим переделам, производится расчет и подбор технологического оборудования. Последовательно излагаются все принятые проектные решения.

Проект должен содержать:

- вводную часть;

- характеристику и номенклатуру продукции;

- программный расчет сырьевой смеси;

- технологическую часть;

- организацию работ производства;

- охрану труда;

- карту контроля производственных процессов.

3.2. Курсовой проект рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

1. Изучение задания и подбор литературы, в том числе нормативной документации.

2. Выполнить расчет сырьевой смеси. На основании данных по химическому составу сырьевых материалов и модульных характеристик клинкера (приложение 2). Определяется число компонентов сырьевой смеси (2, 3, 4-х компонентная смесь).

3. Номенклатура продукции. В этом разделе необходимо привести основные показатели и технические требования к вяжущему, регламентированные стандартами. Установить возможность введения добавок, определить требования по тонкости помола, виду топлива. Вяжущее характеризуется с точки зрения условий получения, сырьевой базы и возможных областей его применения. В разделе приводятся химический, гранулометрический и минералогический составы вяжущего, оценивается экологический аспект его производства.

4. Технологическая часть.

4.1 Выбрать способ производства и дать его технико-экономическое обоснование;

4.2 Обосновать принципиальную технологическую схему;

4.3 Выбрать режим работы цехов;

4.4 Определить потребность в сырьевых материалах и полуфабрикатах;

4.5 Расчет основного технологического и транспортного оборудования и их подбор (тип, марка);

4.6 Рассчитать емкость бункеров, складов;

4.7 Разработать схему компоновки оборудования по одному из цехов предприятия.

4.8 После утверждения преподавателем выполняется чертеж плана и разреза цеха, составляется ведомость применяемого технологического оборудования.

5. Технико-экономические показатели.

6. Рекомендации по контролю технологического процесса и качества готовой продукции.

7. Охрана труда и техника безопасности. При разработке курсового проекта студент должен учитывать необходимость создания санитарно-гигиенических и безопасных условий труда. Необходимо обосновать основные приемы обеспечения пыле-, газоочистки, защиты от шума, вибраций, высоких температур. Удобные условия работы, предупреждающие травматизм.

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СЫРЬЯ

4.1 Сырьевые материалы для производства портландцемента и его разновидностей

Для приготовления цементной сырьевой смеси (шихты) используют карбонатные, карбонатно-глинистые и глинистые горные породы, а также попутные продукты и промышленные отходы, заменяющие глинистую или частично карбонатную часть шихты.

При повышенном содержании в известняках и мергеле доломита их относят к доломитизированным, и они могут применяться в шихте при условии содержания MgO в клинкере не более 5%.

Вредными примесями в известняковом компоненте являются: кремневые включения в виде желваков или прослоек халцедона, трудно поддающихся измельчению, и малореакционноспособные; гипсовые материалы, так как сульфатная сера переходит в клинкер, поэтому содержание SO₃ ограничивается 1,7%.

Вредными примесями в глинистых породах является MgO, однако при содержании в карбонатных породах, идущих в шихту, более 53% CaO, содержание MgO в глинах практически не ограничивается. Содержание SO₃ в глинистых породах не должно превышать 3%, Р₂О₅ – 0,6%; отклонения допустимы в зависимости от содержания этих окислов в карбонатном сырье.

В связи с развитием сухого способа производства цемента важное значение имеет содержание R₂O. Содержание щелочных оксидов в цементе пересчитывается на Na₂O по формуле и не должно превышать 1%:

R₂O = Na₂O + 0,658 K₂O.

Браковочным признаком глинистых пород является их гранулометрический состав: количество фракций крупнее 0,2 мм не должно превышать 10%, фракций крупнее 0,08 мм должно быть не более 20% (включая фракцию крупнее 0,2мм).

Расход (в абсолютно сухом состоянии) на 1 т клинкера составляет: чистых известняков и мела 1,2-1,3 т; мергелей 1,4-1,6 т; глинистых 0,28-0,3 т.

Корректирующие добавкивводят в шихту для корректирования кремнеземистого и глиноземистого модулей. Железосодержащие добавки (содержание Fe₂O₃ не менее 40%): пиритные (колчеданные) огарки, колошниковая пыль, железная руда и отходы ее обогащения; глиноземистые добавки (содержание Al₂O₃ не менее 30%): маложелезистые, богатые глиноземом, глины, каолин, бокситы; кремнеземистые добавки (содержание SiO₂ не менее 70%): кварцевые пески, опока, трепел.

В качестве интенсификаторов процесса обжига клинкера в шихту могут вводить:

- фосфогипс - в пересчете на SO₃ 1% массы вводимого в печь сырья;

- кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ - в количестве 0,2-0,5% массы шихты, расходуемой на 1 т клинкера;

- плавиковый шпат CaF₂ - в количестве 0,5-1%;

- зола ТЭЦ;

- пыль.

4.2. Технологическое топливо

В качестве топлива в промышленности используют: уголь, газ, мазут. Затраты на топливо составляют до 40% в стоимости готового продукта. Так для производства 1 т извести требуется 3200 кДж. При выборе типа теплоносителя основным является:

а) наличие ресурсов в регионе; теплотворная способность топлива:

уголь (антрацит) 23000-29000

мазут 33500-42000

газ 35000-37000

б) влияние вида топлива на качество готового продукта.

Так при сжигании угля образуется зола, которая будет входить в состав готового продукта, так называемая «присадка золы», которая может повлиять на качество (белый цемент). Если при сжигании топлива образуется серный ангидрит, то это может привести к неравномерности изменения объема вяжущего при твердении. Серный ангидрит может привести к коррозии стальной арматуры. Неполнота сгорания топлива не только увеличивает затраты, но и приводит к тому, что в готовом продукте может быть углерод.

в) С учетом вида используемого топлива может быть усложнена технологическая линия производства.

Уголь вводится (вдувается в воздушную смесь) в виде порошка, дисперсность которого оценивается по остатку на сите 008 8-12%, следовательно, требуется линия переработки угля.

Так как углевоздушные смеси способны к разогреванию и сомовоспламенению (взрывоопасны), то необходимо проектировать трубопроводы и бункера со специальными клапанными затворами.

Применение мазута потребует большие затраты по приемке и хранению.

Газ - более экономичный вариант топлива, кроме этого, использование газа может обеспечить повышение производительности печной установки и до 10% экономии электрической энергии.

г) Для понижения расхода топлива используют технологические добавки – плавни, создают легкоплавкие смеси.

4.3 Расчет состава сырьевой смеси для производства портландцемента

4.3.1 Основные понятия

Портландцементный клинкер получают путем обжига до спекания шихты, состоящей из известняка и глины или других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака, зол от сжигания твердого топлива), обеспечивающих образование в клинкере силикатов кальция (70-80%), алюминатной и алюмоферритной фазы (20-30%).

Химико-минералогический состав клинкера характеризуется:

а) коэффициентом насыщения кремнезема известью КН, представляющим собой отношение количества оксида кальция в клинкере, фактически связанного с кремнекислотой, к ее количеству, теоретически необходимому для полного связывания этой кислоты в трехкальциевый силикат:

(4.1)

КН практически находится в пределах 0,85-0,95;

Чем выше КН, тем хуже спекание клинкера, тем больше в смеси несвязанного СаО.

б) силикатным (кремнеземистым) модулем СМ, представляющим собой отношение процентного содержания в клинкере кремнекислоты к сумме процентного содержания оксидов алюминия и железа (СМ обозначается буквой n); n составляет 1,7-3,5;

; (4.2)

в) глиноземистым модулем ГМ, представляющим собой отношение процентного содержания в клинкере оксида алюминия к процентному содержанию оксида железа (ГМ обозначается буквой р); р составляет 1,0-2,5.

(4.3)

4.3.2 Расчет сырьевой смеси

Расчет основан на определении весовых соотношений, в которых должны дозироваться сырьевые компоненты при подготовке шихты. Расчет осуществляют на основе химического анализа компонентов шихты на содержание оксидов, % по массе: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, R₂O, SO₃ и на ППП (потери при прокаливании). При этом:

Fe₂O₃ = Fe₂O₃ + 1,1114 FeO + 1,1127 MnO (4.4)

R₂O = Na₂O + 0,658 K₂O (4.5)

Al₂O₃ = Al₂O₃ + P₂O₅ + TiO₂ (4.6)

При обжиге клинкера на твердом топливе, а также при двустороннем питании печи, или компонента, вдуваемого в печь с ее горячего конца, учитывают присадку золы или оксидов компонента.

Все вычисления при расчете сырьевой смеси ведут с точностью до 0,01%.

Расчет двухкомпонентной сырьевой шихты

При расчете двухкомпонентной шихты задаются химическим составом сырья и значением одного модуля (как правило КН).

Расчет производится в следующем порядке:

a) пересчет данных химического состава обоих компонентов к 100%. Для этого вычисляются пересчетный коэффициент К для первого и второго компонентов путем деления 100 на сумму Σ, полученную сложением процентного содержания всех оксидов в каждом материале

К = 100 / Σ ; (4.7)

b) умножение заданного процентного содержания оксидов каждого из материалов на соответствующий поправочный коэффициент К. Полученный химический состав исходных материалов в сумме приводится к 100%.

c) принимается за 1 содержание компонента 2 (по массе) в сырьевой смеси и за х содержание компонента 1 (по массе). Записываются следующие равенства:

(4.8) (4.10)

(4.9) (4.11)

Подставляя указанные выше значения для С_о, А_о, S_о, F_о в упрощенную формулу расчета коэффициента насыщения

(4.12)

и решая полученное уравнение относительно х, получаем следующую расчетную формулу для определения состава смеси по заданному значению коэффициента насыщения

(4.13)

где С_1,2; S_1,2; F_1,2; А_1,2 – сокращенное написание оксидов СаО; SiO₂$ Al₂O₃; Fе₂О₃, содержащихся соответственно в первом и втором компонентах смеси. С_О; S_О; F_О; А_О – содержание данного оксида в искомой сырьевой смеси.

d) долю каждого компонента в шихте, %, определяют по формулам:

100 % (4.14)

100 % (4.15)

e) пересчет процентного содержания оксида каждого из компонентов смеси, для чего умножают значения оксидов на полученное содержание в долях данного компонента в сырьевой смеси.

f) расчет химического состава сырьевой смеси производят путем сложения %-ого содержания каждого оксида в компонентах.

g) определение состава клинкера путем умножения содержания оксидов сырьевой смеси на коэффициент К₂, который рассчитывается по формуле:

К₂ = 100/(100 - п.п.п.) (4.16)

где п.п.п. – потери при прокаливании сырьевой смеси, %

h) вычисление КН рассчитанной сырьевой смеси (клинкера) и сравнение его с заданным.

Пример расчета двухкомпонентной сырьевой смеси

Требуется рассчитать двухкомпонентную сырьевую смесь с КН=0,92, состоящую из мела и глины следующего химического состава (табл.4.1).

Таблица 4.1.

Химический состав исходных сырьевых материалов

Пересчитать данные химического состава к 100%. Для этого необходимо вычислить переходный коэффициент К₁.

Для глины К₁= 100/Σ=100/99,17=1,00837

Умножая процентное содержание оксидов каждого из материалов на соответствующий поправочный коэффициент К₁, получить химический состав исходных данных материалов, приведенный к 100% (табл. 4.2).

Таблица 4.2.

Химический состав исходных сырьевых материалов, приведенный к 100%

Принять содержание мела в заданной смеси за Х, а глины за 1 и вычислить значение Х по формуле:

Сумма компонентов смеси Х+1=4,1564.

Определяем процентное содержание компонентов в смеси:

100 % =

100 % =

Пересчитать процентное содержание оксидов каждого из компонентов смеси, для чего умножить их значения (табл. 4.2) на полученное содержание (%) данного компонента в сырьевой смеси. Данные свести в табл. 4.3 и рассчитать состав сырьевой смеси.

Для перехода от состава сырьевой смеси к составу клинкера вычислить пересчетный коэффициент К₂ и умножить на этот коэффициент содержание оксидов сырьевой смеси.

К₂=

Таблица 4.3.

Химический состав сырьевой смеси и клинкера

Вычислить КН рассчитанной сырьевой смеси (клинкера) и сравнить его значение с заданным:

КН=

Заданное значение КН=0,92, т.е. расчет выполнен верно.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: