Организация производственного процесса гипсового завода с производительностью 45000 т/год

Курсовая работа Организация производственного процесса гипсового завода с производительностью 45 000 т/год.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА.

1.1 Общие сведения.

1.2 Твердение строительного гипса.

1.3 Свойства строительного гипса.

1.4 Применение строительного гипса.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ.

2.1 Общие сведения о гипсовом камне.

2.2 Месторождения, запасы и добыча гипсового камня.

2.3 Требования, применяемые к гипсовому камню.

3 ДЕГИДРАТАЦИЯ ДВУВОДНОГО ГИПСА.

4 ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА.

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА.

6 ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

7 ФОНДЫ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ.

8 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС.

9 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

10 РАСЧЕТ БУНКЕРОВ И СКЛАДА.

11 РАСЧЕТ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

12 ОХРАНА ТРУДА НА ГИПСОВЫХ ЗАВОДАХ ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Промышленность вяжущих материалов играет важную роль в создании материально-технической базы, обеспечении дальнейшего роста материального и культурного уровня жизни народа, успешной реализации программы строительных работ. От темпов роста выпуска вяжущих материалов зависят масштабы капитального строительства, его экономичность и технический уровень.

Неорганическими (минеральными) строительными вяжущими веществами являются порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобообрабатываемую массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело.

Вяжущие вещества в зависимости от состава, основных свойств и областей применения делятся на группы:

1. Гидравлические вяжущие вещества (наиболее обширная группа) — будучи затворены водой, способны твердеть на воздухе и после предварительного затвердевания на воздухе продолжают сохранять и наращивать свою прочность в воде. В соответствии с этим гидравлические вяжущие вещества можно применять как в надземных, так и в подземных и гидротехнических сооружениях, подвергающихся воздействию воды. В группу гидравлических вяжущих входят портландцемент и его разновидности, пуццолановые и шлаковые вяжущие,.

глиноземистый и расширяющиеся цементы, гидравлическая известь. Их используют как в надземных, так и в подземных и подводных конструкциях.

2. Воздушные вяжущие вещества — после смешивания с водой могут твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воздухе. Поэтому эти вяжущие вещества применяют лишь в надземных сооружениях, не подвергающихся действию воды. К воздушным вяжущим веществам относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие, воздушная известь и кислотоупорный цемент.

3. Вяжущие вещества автоклавного твердения — наиболее эффективно твердеют при автоклавной (гидротермальной) обработке в течение 6—10 ч при давлении насыщенного пара 0,9— 1,3 МПа (9—13 атм.). В группу вяжущих веществ автоклавного твердения входят известково-кремнеземистые и известково-нефелиновые вяжущие .

4. Кислотоупорные вяжущие вещества — после затвердевания на воздухе могут продолжительное время сохранять свою прочность при воздействии кислот.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА

1.1 Общие сведения

Строительным гипсом называется вяжущее вещество, состоящее из в — полуводного гипса и получаемое обжигом природного гипса с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок.

Обжигают строительный гипс в тепловых установках, в которых кристаллизационная вода, в основном в виде пара, выделяется из двуводного гипса, что сопровождается образованием преимущественно в — полугидрата.

Двугидрат переходит в полугидрат по схеме:

CaSO₄ • 2H₂O = CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O (с поглощением тепла).

Для получения 1 кг в — полуводного гипса из двугидрата теоретически необходимо затратить 580 кДж тепла. Двуводный гипс при переходе в полуводный теоретически теряет воду в количестве 15,76% своей массы [2, стр. 28].

1.2 Твердение строительного гипса

Твердение вяжущего заключается в постепенном превращении пластичного теста в камнеподобную массу. Процесс твердения сопровождается рядом химических и физико-химических превращений. Началом твердения является схватывание. В процессе схватывания пластичное, обладающее большой подвижностью тесто начинает уплотняться и густеть, что соответствует началу схватывания, затем оно окончательно теряет подвижность, превращаясь в землисто-рыхлое твердое тело, которое не обладает существенной прочностью, что соответствует концу схватывания. Дальнейшие химические и физико-химические преобразования ведут к постепенному нарастанию прочности, то есть твердению.

С химической точки зрения твердение полуводного гипса представляет собой реакцию его гидратации:

CaSO₄ * 0,5Н₂О + 1,5Н₂О = CaSO₄ * 2Н₂О + Q.

Реакция эта экзотермическая. На 1 кг полуводного гипса выделяется 27 ккал тепла [3, стр. 93].

Затвердевший гипс представляет собой твердое тело с высокой пористостью, достигающей 40 — 60% и более. Естественно, что с увеличением количества воды затворения пористость гипсового изделия возрастает, а прочность уменьшается.

1.3 Свойства строительного гипса

Плотность строительного гипса колеблется в пределах 2,6 — 2,75 г/см³. Объемная масса в рыхлонасыпанном состоянии обычно составляет 800 — 1100 кг/м³, в уплотненном — 1250 — 1450 кг/м³.

Водопотребность гипсовых вяжущих зависит от способа их получения, формы и размеров кристаллов и плотности кристаллических сростков, тонкости помола, наличия примесей и введенных добавок, температуры воды затворения и т. д. Количество воды, необходимой для получения теста нормальной густоты, обычно колеблется в пределах 50 — 70%. Водопотребность может быть снижена за счет добавки сульфитно-спиртовой барды, смеси извести с глюкозой, мелассой, декстрином и ряда других веществ.

Для гидратации полуводного гипса и превращения его в двуводный необходимо 18,6% воды от массы полуводного гипса. Избыточное количество воды остается в порах затвердевшего материала, а затем испаряется. В результате пористость затвердевшего строительного гипса составляет примерно 40 — 60%. Чем меньше воды было взято для затворения, тем плотнее получается гипсовое изделие и тем больше его прочность.

Сроки схватывания. Строительный гипс — быстросхватывающееся вяжущее вещество.

В зависимости от сроков схватывания различают вяжущие видов, приведенных в таблице 1.

Таблица 1 — Сроки схватывания вяжущих веществ.

Повышение температуры гипсового теста до 40 — 45° С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, — замедлению. При температуре гипсовой массы 90 — 100 °C схватывание и твердение прекращаются. Это объясняется тем, что при указанных и более высоких температурах растворимость полуводного гипса в воде становится меньше растворимости двугидрата. В результате прекращается переход полугидрата в двугидрат, а следовательно, и связанное с ним твердение. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителями: песком, шлаком, опилками и т. д.

Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаев положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать изделия из форм. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки. По механизму действия В. Б. Ратинов разделяет добавки для регулирования сроков схватывания вяжущих веществ, в том числе и гипсовых, на четыре класса [2, стр. 54].

Первый класс — это добавки, изменяющие растворимость вяжущих веществ и не вступающие с ними в химические реакции. Схватывание гипса ускоряется, если эти добавки, например NaCl, KC1, Na₂SO₄ и др., усиливают растворимость полугидрата в воде; наоборот, оно замедляется, если добавки (аммиак, этиловый спирт и др.) снижают его растворимость. Некоторые добавки (например, NaCl) при одних концентрациях в растворе увеличивают растворимость полугидрата и, следовательно, являются ускорителями, а при других, уменьшая растворимость, являются замедлителями.

Второй класс — вещества, реагирующие с вяжущими веществами с образованием труднорастворимых или малодиссоциирующих соединений. Добавки этого класса (для гипса — фосфат натрия, бура, борная кислота и др.) образуют на поверхности полугидрата защитные пленки из труднорастворимых соединений, в результате чего схватывание гипса замедляется.

Третий класс — вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации. Для гипсовых вяжущих таковыми являются CaSO₄ * 2Н₂О, СаНРО₄ * 2Н₂О и др. Они ускоряют схватывание.

У добавок первого и третьего классов имеется «порог эффективности», под которым подразумевают концентрацию добавки, дающую максимальный замедляющий или ускоряющий эффект. Обычно этот эффект достигается при введении добавок в воду затворения в количестве до 2 — 3%.

Четвертый класс — поверхностно-активные добавки. Они адсорбируются частичками полуводного и двуводного гипса и уменьшают скорость образования зародышей кристаллов. Эти добавки (сульфитно-дрожжевая бражка, известково-клеевой и кератиновый замедлители и др.) известны как пластификаторы и замедлители схватывания гипса. Адсорбируясь частичками полугидрата, они придают тесту повышенную подвижность и снижают количество воды затворения, необходимой для получения смеси требуемой подвижности.

Прочность. По ГОСТ 125– — 79 в зависимости от предела прочности на сжатие различают вяжущие следующих марок: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.

Минимальный предел прочности вяжущей каждой марки вяжущего должен соответствовать значениям, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 — Минимальный предел прочности вяжущих.

Повысить прочность строительного гипса можно, добавив к нему известь (около 5%). Ее положительное влияние объясняется главным образом каталитическим действием на ангидрит, некоторое количество которого содержится обычно в строительном гипсе. Возможно связывание сульфата кальция, окиси кальция и воды в тонкодисперсные комплексные новообразования. Негашеную известь можно добавлять непосредственно в варочный котел, где, подвергаясь гидратации и выделяя тепло, она, кроме того, быстро подогревает загруженный гипсовый порошок, что ускоряет процесс варки.

Повышает прочность строительного гипса и добавка 0,2 — 0,5% сульфитнодрожжевой бражки, которая повышает растворимость полугидрата и понижает растворимость двугидрата. При этом изменяется процесс кристаллизации, что выражается в улучшении гранулометрического состава образующихся при твердении кристаллов двугидрата, в результате чего упаковка двугидрата в единице объема получается более плотной.

Прочность изделий из полуводного гипса снижается в той или иной мере при введении в них заполнителей. При этом органические заполнители (опилки, костра, торф) вызывают более значительное снижение прочности, чем минеральные.

Тонкость помола строительного гипса по сравнению с другими вяжущими веществами сравнительно невысока. Более тонкий помол повышает скорость гидратации гипса, но одновременно увеличивает и его водопотребность.

По стандарту (ГОСТ 125−70) тонкость помола строительного гипса, характеризуемая остатком на сите № 02 (918 отв./см²), для 1-го сорта составляет не более 15%, для 2-го — 20%, а для 3-го — 30%.

Деформативность. Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5 — 1%. Такое увеличение объема еще не окончательно схватившейся гипсовой массы не имеет вредных последствий. Наоборот, в ряде случаев оно очень ценно (например, при изготовлении архитектурных деталей), так как при этом гипсовые отливки хорошо заполняют формы и точно передают их очертания.

Способность строительного гипса расширяться зависит от содержания в нем растворимого ангидрита. Установлено, что полугидрат расширяется при твердении на 0,5 — 0,15%, а растворимый ангидрит — на 0,7 — 0,8%. Поэтому гипс, обожженный при повышенных температурах и содержащий повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуется большим расширением при твердении. Ползучесть гипсовых изделий значительно уменьшается при введении в него портландцемента совместно с пуццолановыми (гидравлическими) добавками.

Долговечность. Изделия из полуводного гипса, являющегося воздушным вяжущим веществом, характеризуются большой долговечностью при службе их в воздушно-сухой среде. При длительном воздействии воды, особенно при низких температурах, когда изделия в водонасыщенном состоянии систематически то замерзают, то оттаивают, они разрушаются.

Плотные гипсовые изделия выдерживают обычно 15 — 20 и более циклов замораживания и оттаивания. О значительной долговечности гипсовых изделий при службе их в конструкциях жилых зданий свидетельствуют хорошо сохранившиеся наружные стены домов, построенных 20 — 40 лет назад в Горьком, Уфе, Стерлитамаке, Куйбышеве, Свердловске, Гурьеве и других городах [2, стр. 59].

Водостойкость изделий можно несколько повысить:

применением интенсивных способов уплотнения гипсобетонных смесей при формовании;

введение

м в гипс и изделия из него небольшого количества синтетических смол, кремнийорганических соединений и др.;

нанесением покровных пленок или пропитыванием изделий растворами синтетических смол, гидрофобными веществами, баритовым молоком и т. п.

1.4 Применение строительного гипса

Строительный гипс широко применяется для производства различных строительных изделий: панелей и плит для перегородок, листов для обшивки стен и перекрытий (гипсовая сухая штукатурка), стеновых камней, архитектурно-декоративных изделий, вентиляционных коробов и т. д.

Изделия из строительного гипса изготовляются без заполнителей (гипсовые) или с применением их (гипсобетонные). В качестве заполнителей используют древесные опилки, котельные и доменные шлаки, кварцевый песок.

Для армирования гипсовых изделий применяют деревянные рейки, картон, камыш, растительные волокна, древесную фибру, измельченную бумажную массу и другие волокнистые материалы. Обычная стальная арматура без защитного поверхностного слоя (нементно — битумных, цементно — полистирольных и других обмазок) не может применяться в гипсовых изделиях, так как она подвергается коррозии.

Из строительного гипса можно изготовлять ячеистые изделия (пенои газогипс), представляющие собой термоизоляционный строительный материал с равномерно распределенными мелкими воздушными порами, образующимися вследствие введения в гипсовое тесто пеноили газообразующих веществ.

Гипсовые изделия обладают сравнительно небольшой объемной массой, несгораемостью и рядом других ценных свойств. Гипсовые изделия применяются в сборном строительстве, что позволяет индустриализовать процесс строительного производства. Недостатками гипсовых изделий являются значительное снижение прочности при увлажнении, а также ползучесть, т. е. пластические (остаточные) деформации под нагрузкой, увеличивающиеся со временем, особенно если изделие увлажняется, поэтому гипсовые изделия не рекомендуется применять в помещениях с повышенной влажностью.

Строительный гипс используют для изготовления известково-гипсовых штукатурных растворов внутренних стен зданий. В известково-гипсовых растворах на одну объемную часть гипса берут от одной до пяти объемных частей известкового теста, которое замедляет схватывание и увеличивает пластичность раствора. С целью уменьшения расхода вяжущего и во избежание появления трещин при твердении извести к смеси прибавляют до трех объемных частей песка или другого заполнителя: шлака, пемзы, древесных опилок и т. п. Строительный гипс можно применять для штукатурки и без добавки извести, однако тогда необходимо введение замедлителей схватывания.

Гипс используют для изготовления архитектурных и скульптурных изделий. Из гипса делают искусственный мрамор, в состав которого кроме гипса входят мраморная мука и красители (пигменты); затворяют эту смесь клеевой водой. В состав смеси иногда вводят сернокислый калий.

Из-за большой пористости затвердевший гипс обладает малой теплопроводностью, поэтому он вместе с асбестом и другими материалами входит в состав термоизоляционных композиций.

В стекольном производстве гипс применяют для фиксации стеклоизделий при полировке, в частности в производстве зеркального стекла [1, стр. 45].

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ

Основным источником сырья для производства гипсовых материалов и изделий являются природные месторождения гипса и ангидрита, а также в небольшой степени месторождения гипсосодержащих пород. Кроме того, в качестве перспективного сырья для получения гипсовых вяжущих материалов следует рассматривать гипсосодержащие отходы ряда производств (фосфогипс, фторангидрит, титаногипс, витаминный гипс, борогипс и др.).

В данном курсовом проекте приведен способ производства строительного гипса Г3, в качестве сырья для которого используется природный гипсовый камень.

2.1 Общие сведения о гипсовом камне

Гипс относится к классу сульфатов и представляет собой двуводный сульфат кальция (CaSO₄ · 2H₂O). Химический состав чистого гипса, % по массе: СаО — 32,6; SO₃ — 46,5; Н₂О — 20,9. Кроме кристаллизационной воды, гипс имеет гигроскопическую влагу, находящуюся на поверхности гипсового камня и в его порах.

Чистый гипс — бесцветный и прозрачный, но обычно в связи с наличием примесей имеет серую, желтоватую, розоватую, бурую, иногда чёрную окраску. Блеск стеклянный, излом занозистый. Растворяется в НСl и частично в воде. Растворимость гипса в воде зависит от температуры и составляет при температуре 0, 18, 40 и 100 °C соответственно 1,7; 2,0; 2,1 и 1,7 г/л. В зависимости от структуры различают [4, стр. 9]:

* зернистый плотный гипс с сахаровидным изломом, иногда называемый алебастром (рисунок 1);

Рисунок 1 — Алебастр

* пластинчатый гипс, залегающий в виде плоских прозрачных кристаллов, называемый гипсовым шпатом (рисунок 2);

* тонковолокнистый гипс с шелковистым блеском, сложенный из правильно расположенных нитевидных кристаллов, называемый селенитом (рисунок 3).

Рисунок 2 — Гипсовый шпат Рисунок 3 — Селенит.

Плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2,2 — 2,4 г/см³. Объемная масса гипсовой щебенки составляет 1200 — 1400 кг/м³, влажность колеблется в значительных пределах (3 — 5% и более). Содержание воды в различных партиях гипсового камня неодинаково и зависит от его физических свойств, относительной влажности воздуха, времени года и условий хранения.

2.2 Месторождения, запасы и добыча гипсового камня

Мировые разведанные запасы гипса составляют более 7500 млн. т. Российская Федерация располагает уникальной по мировым масштабам минерально-сырьевой базой производства гипса, разведанные запасы которой составляют около половины мировых разведанных запасов.

Запасы гипса стран СНГ (без России) составляют около 1000 млн. т (около 14% мировых запасов). Наиболее крупными запасами из них обладают Республика Украина (около 450 млн. т) и Республика Казахстан (около 250 млн. т).

Из стран дальнего зарубежья наибольшими запасами обладают США (около 1000 млн. т), Канада (около 500 млн. т), ряд европейских стран — Франция, ФРГ, Испания, Италия, Югославия, Греция; значительными запасами обладают ряд азиатских стран — Китай, Индия, Таиланд, Иран, ряд стран Африки, Австралия. Мировые ресурсы гипса во много раз превышают разведанные запасы [4, стр. 14].

Добыча гипса в зависимости от горно-геологических условий осуществляется как открытым, так и подземным способом. При открытом способе разработки обеспечиваются: наибольшая производительность труда и наименьший процент потерь полезного ископаемого (по сравнению с подземным способом разработки). Создаются благоприятные условия для селективной разработки пропластков гипса различного качественного состава.

Наиболее перспективным оборудованием для разработки залежей гипса при открытом способе являются карьерные комбайны непрерывного действия.

Большинство месторождений гипсовых и ангидритовых пород России (18 из 24-х) разрабатываются открытым способом, однако более половины всего объёма гипса и ангидрита, добываемых в России, дают 6 месторождений, разрабатываемых подземным способом. При подземной разработке гипса в России применяется в основном камерно-столбовая система добычи [4, стр. 21].

Таблица 3 — Химический состав гипсовых пород некоторых месторождений.

2.3 Требования, применяемые к гипсовому камню

При производстве строительного гипса Г3 в качестве сырья применяют гипсовый камень с размером фракций 60 — 300 мм.

По стандарту (ГОСТ 4013−82) гипсовый камень по содержанию гипса подразделяют на сорта, указанные в таблице 4.

Таблица 4 — Сорта гипсового камня.

В гипсовых породах лучших месторождений обычно содержится до 2 — 5% примесей, но часто их количество достигает 10 — 15% и более.

3 ДЕГИДРАТАЦИЯ ДВУВОДНОГО ГИПСА

Основой производства гипсовых вяжущих материалов является тепловая обработка двугидрата, при которой происходит обезвоживание (дегидратация) CaSO₄ · 2H₂O до полуводного CaSO₄ · 0,5Н₂О и безводного CaSO₄. В связи с тем, что вода в кристаллической решетке природного гипса связана относительно слабо, она начинает выделяться уже при температуре порядка 60 °C. Дегидратация может иметь место и при более низких температурах, если парциальное давление водяных паров в окружающей среде меньше упругости диссоциации CaSO₄ · 2H₂O при данной температуре.

Рисунок 4 — Схема термических превращений модификаций двуводного гипса [1, стр. 15].

Реакция дегидратации гипса является эндотермической и протекает с поглощением тепла:

CaSO₄ · 2H₂O = в-CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O (пар) — 85 266 Дж/моль Механизм и кинетика процесса дегидратации двуводного сульфата кальция изменяются в зависимости от технологических условий его проведения. При обжиге в открытых аппаратах окружающей средой являются воздух со сравнительно низкой относительной влажностью и вода, которая выделяется из гипса в виде водяных паров. При дегидратации гипса в закрытых аппаратах при повышенном давлении, когда среда насыщена водяными парами, вода выделяется из гипса в капельно-жидком состоянии.

При удалении воды из частиц двуводного сульфата кальция в виде пара (в открытых аппаратах) происходит их диспергирование, порошкообразный двугидрат под воздействием выделяющихся паров воды приобретает подвижность и начинает как бы кипеть. В результате такой термической обработки двуводного гипса в ненасыщенной водяными парами атмосфере происходит разрыхление его кристаллической решетки и образуется полуводный гипс CaSO₄ · 0,5H₂O в виде в-модификации. в-Полугидрат имеет вид тонких волокон, ориентированных под углом 60° к оси С кристалла гипса. Образование новой фазы начинается с поверхности кристалла гипса и постепенно распространяется вглубь с сохранением объема исходного кристалла. В результате удаления воды образуются поры как между отдельными волокнами, так и внутри волокнистых кристаллов в-полугидрата. Поэтому в-полугидрат отличается высокой дисперсностью, удельная поверхность его частичек в 2,5 — 5 раз больше, чем у б-полугидрата, что обусловливает его относительно высокую водопотребность. Кристаллы в-полугидрата мелкие и плохо выражены. Примеси в гипсе ускоряют процесс его дегидратации. Из в-полугидрата состоят гипсовые вяжущие (строительный и формовочный гипс), получаемые обжигом гипсового камня во вращающихся печах или варкой гипсового порошка в варочных котлах при температуре 150 — 170 °C [1, стр. 19].

Таблица 5 — Свойства различных модификаций сульфата кальция.

4 ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА

В промышленности строительных материалов применяют несколько технологических схем производства гипса, которые предусматривают дробление, помол и сушку. Очерёдность выполнения указанных процессов может изменяться в зависимости принятой технологии производства гипса. В одних технологических схемах помол предшествует обжигу, в других производится после обжига, а в третьих помол и обжиг совмещаются в одном аппарате.

Производство гипса с применением варочных котлов. При производстве гипса по технологической схеме с шахтной мельницей и варочным котлом гипсовый камень со склада или карьера поступает в приемный бункер и пластинчатым питателем подается в щековую, а затем и молотковую дробилки. Дробленый гипсовый щебень транспортируется элеватором в бункер, откуда пластинчатым питателем подаётся в шахтную мельницу, где материал одновременно подвергается помолу и сушке. Полученный в мельнице молотый гипс увлекается газовым потоком в систему газоочистки, состоящую из спаренного циклона, батарейного циклона, электрофильтра. Очищенные газы удаляются в атмосферу, а молотый гипс из всех пылеосадительных аппаратов подается в бункер, откуда периодически загружается в варочный котёл. Обожженный гипс отправляют на склад.

Такая технология обладает следующими достоинствами. В процессе обезвоживания предварительно измельченного гипса в варочных котлах он не соприкасается с топочными газами и непрерывно перемешивается, что предохраняет его от загрязнения и обеспечивает получение сравнительно однородного продукта. Кроме того, варочные котлы отличаются простотой обслуживания, удобством регулирования и контроля режима обжига.

Однако варочным котлам присущ и ряд недостатков: они являются периодически работающими аппаратами, днище и обечайки котлов быстро изнашиваются, сложно улавливать гипсовую пыль, увлекаемую паром, выделяющимся при дегидратации двугидрата. Кроме того, при получении строительного гипса в варочных котлах необходим предварительный помол необожженного гипсового камня, который протекает с достаточной скоростью лишь в том случае, когда влажность гипса не превышает 1%. В противном случае требуется предварительная сушка, что усложняет производственный процесс.

Производство гипса обжигом во вращающихся печах. В этом случае дробление гипсового камня осуществляют по одноили двухступенчатой схеме в щековых и других дробилках в зависимости от размера кусков исходного материала и требуемого размера кусков, направляемых в печь. В настоящее время гипс в кусках обжигают почти исключительно во вращающихся печах. Вращающимися печами для обжига строительного гипса служат барабаны, применяемые в других отраслях промышленности для сушки сыпучих материалов.

Сушильный барабан представляет собой сварной стальной цилиндр, вращающийся на опорных роликах со скоростью 2 — 3 ^об/_мин. Барабан устанавливают с наклоном к горизонту 3 — 5^о и приводят во вращение электродвигателем. Гипс для обжига в виде щебня размером до 35 мм подают через загрузочную воронку; благодаря наклону барабана он перемещается в нем в осевом направлении к разгрузочной воронке.

На обжиг обычно поступает гипсовый щебень 10 — 20 и 25 — 35 мм. Фракция 0 — 10 мм после дополнительного помола идет на обжиг в варочном котле.

Обожженная гипсовая крупка поступает в расходные бункера шаровой мельницы или же направляется в бункер выдерживания. Обожженную крупку размалывают до остатка на сите № 02 не более 10 — 12%.

Технологические процессы производства гипса с обжигом его во вращающихся печах непрерывные, и поэтому легко осуществить их автоматическое управление. Получать гипс по этому способу экономично.

Недостатком данной технологии является то, что для получения строительного гипса во вращающихся барабанах следует обжигать дробленый гипсовый камень с однородным размером частиц. В противном случае происходит неравномерный обжиг материала: мелкие зерна пережигаются, а часть крупных зерен остается в виде неразложившегося двугидрата.

Производство гипса в мельницах совмещенного помола и обжига. Применяют также способ поучения гипса, при котором совмещают в одном аппарате (мельнице) одновременно две операции — помол и обжиг. При этом способе в мельницу (шаровую, шахтную или роликовую) загружают гипсовый щебень (размер кусков гипса 50 — 60 мм) и подают горячие газы. Образовавшиеся в процессе помола мелкие частицы гипса уносятся потоком раскаленных газов, обжигаются, а затем проходят через циклоны и осаждаются в специальных емкостях.

Производственный цикл при получении гипсовых вяжущих в мельницах совмещенного помола и обжига самый короткий, а число агрегатов — минимальное. Достоинство таких установок — их компактность и высокая производительность.

Однако, несмотря на высокую температуру газа, наиболее крупные частицы вследствие кратковременности воздействия газов не успевают полностью дегидратироваться, а часть мелких частиц пережигается до растворимого ангидрита, что обусловливает быстроту схватывания и пониженную прочность гипса.

Производство строительного гипса обработкой паром под давлением. Во всех аппаратах, работающих при нормальном давлении и свободно сообщающихся с наружной атмосферой, в которых выделяющиеся при дегидратации двуводного гипса водяные пары свободно удаляются в атмосферу, получающийся продукт состоит преимущественно из в — модификации полугидрата. Для получения же высокопрочного строительного гипса, состоящего в основном из б — модификации полугидрата, служат установки, в которых гипс обрабатывают паром под давлением, а затем подвергают сушке.

Получить гипс путем обработки паром под давлением можно в различных аппаратах. В запарочном аппарате последовательно протекают процессы обработки материала паром под давлением и удаления выделившейся воды путем сушки. В аппарат подают дробленый гипсовый камень с размером кусков 0,015 — 0,04 м, обрабатывают его насыщенным паром под давлением 0,23 МПа и при температуре 124 °C в течение 5 — 8 ч. После этой обработки материал в аппарате немедленно продувают (сушат) горячими топочными газами с температурой 120 — 160 °C в течение 3 — 5 ч до тех пор, пока из выхлопной трубы не будет выходить относительно сухой воздух. Полученный материал подвергают помолу.

Недостатками описанного метода производства являются неравномерность сушки и резкий температурный перепад при сбросе давления. Это частично вызывает обратный процесс гидратации с образованием вторичного двугидрата, что делает гипс быстросхватывающимся. Кроме того, при этом способе производства образуется большое количество отходов мелочи гипсового камня, увеличиваются затраты топлива и электроэнергии, возникает необходимость устройства котельной для получения пара.

Производство строительного гипса варкой в жидких средах. Вследствие низкого коэффициента теплопередачи от газа к твердому телу при обжиге гипса требуется сравнительно повышенная температура и длительное нагревание, что приводит к неоднородности продукта обжига, который наряду с полугидратом содержит некоторое количество двугидрата (из — за недожога) и ангидрита (из — за пережога). В жидких средах температура распределяется равномерно, теплоотдача осуществляется более интенсивно, химические реакции и связанные с ними структурно — кристаллические изменения веществ протекают быстрее и более полно. Многие растворы кипят под атмосферным давлением при температурах выше температуры дегидратации гипса. Это устраняет необходимость применения повышенного давления и дает возможность получать строительный гипс варкой в открытых сосудах, где происходит перекристаллизация двуводного гипс в полуводный с выделением воды в жидком состоянии. Готовый продукт отличается большей однородностью (мономинеральностью), не содержит двугидрата и ангидрита и состоит преимущественно из б — полугидрата.

В качестве жидких сред могут применяться водные растворы ряда солей. Положительные результаты дает варка при температуре 105 — 130 °C в растворах хлористого кальция, хлористого магния, сернокислого магния и т. д. После варки в этих растворах осевший материал отфильтровывается и промывается до удаления следов солей. Затем материал сушится и размалывается [3, стр. 35].

Рассмотрев различные технологии производства строительного гипса, их достоинства и недостатки, температурные режимы в них и др., можно сделать вывод, что для производства строительного гипса Г3 при заданных исходных данных целесообразнее использовать технологию с применением варочных котлов.

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Рисунок 5 — Технологическая схема производства строительного гипса Г3 с применением варочных котлов периодического действия.

6 ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В приемный бункер гипсовый камень доставляют обычно из рудников и карьеров в кусках и глыбах размером до 300 — 500 мм. Затем из приемного бункера гипсовый камень с помощью ленточного конвейера транспортируется в щековую дробилку для дробления гипсового камня до кусков размером 30 — 50 мм.

С помощью вертикального элеватора материал из щековой дробилки поступает в расходный бункер гипсовой щебенки. Помол влажного двуводного гипса затруднителен, поэтому на современных заводах эту операцию совмещают обычно с сушкой гипса. Для этого гипсовый камень в виде щебня размером до 3 — 4 см подается тарельчатым питателем в шахтную мельницу. Шахтная мельница состоит из быстроходной молотковой мельницы и расположенной над ней прямоугольной металлической шахты высотой 12 — 15 м. Для подсушки гипса из топок варочных котлов в мельницу подают горячие газы. Температура газов, поступающих в мельницу, 300 — 500 ⁰С, а выходящих из мельницы — 85 — 105 ⁰С.

Поскольку в мельницу непрерывно поступают горячие газы, процесс помола идет одновременно с сушкой материала, а также с некоторой его дегидратацией. Идущий вверх по шахте поток газа одновременно сушит, сепарирует и транспортирует измельчаемый порошок. В зависимости от желаемой тонкости помола гипса скорость движения газов в шахте поддерживается в пределах 3,5 — 6 м/с. Чем больше скорость потока, тем грубее помол, и наоборот. Этот поток газов уносит в пылеосадительную систему те фракции материала, которые способны удерживаться во взвешенном состоянии при данных скоростях потока. Более крупные частицы выпадают из потока на определенной высоте и возвращаются на дополнительный помол.

После выхода из мельницы газопылевую смесь направляют в систему пылеочистительных устройств, в которых из газового потока осаждается гипсовый порошок. От эффективности работы пылеосадительных устройств в значительной мере зависят санитарные условия на заводе и на прилегающей к нему территории, а также производственные потери. Поэтому на современных гипсовых заводах устанавливают многоступенчатые системы очистки.

На первой ступени улавливаются крупные частицы, на второй осаждаются тонкие фракции и на последней ступени газы очищаются от мельчайших частиц. На первой ступени применяют циклоны, на второй — циклоны и батарейные циклоны и для окончательной очистки — электрофильтры.

После сушки и помола гипс из пылеосадительных устройств поступает в бункер для высушенного гипса. Из бункера гипс с помощью винтового конвейера транспортируется в бункер над гипсоварочным котлом.

Из бункера над гипсоварочным котлом материал с помощью винтового конвейера поступает в гипсоварочный котел.

Обжигают гипс в котле следующим образом. Измельченный в порошок гипсовый камень загружают в предварительно разогретый котел при непрерывной работе мешалки. Загрузив первую порцию материала, ожидают появления признаков «кипения», после чего продолжают засыпку гипсового порошка постепенно, чтобы гипс был все время в кипящем состоянии, при котором он сохраняет хорошую подвижность. Сырой гипсовый порошок не обладает достаточной подвижностью, что затрудняет работу мешалки. Вся масса материала выдерживается в котле до прекращения «кипения» и появления «осадки», под которой понимают уменьшение в котле уровня материала после энергичного выделения химически связанной воды.

На некоторых заводах материал доводят до второго «кипения» и «осадки», которые отличаются меньшей интенсивностью. При выгрузке оставляют на дне котла слой гипса 0,05 — 0,06 м, после чего начинают очередную загрузку. Первое «кипение» гипсового порошка наблюдается при температуре 140 -150 °C и характеризуется в основном образованием полугидрата. Выдержка гипса во время варки в течение 3 — 4 ч при этой температуре способствует уменьшению водопотребности продукта и повышению его прочности. Второе «кипение» происходит при температуре 170 — 190 °C, при этом полугидрат полностью обезвоживается.

Полученный полуводный гипс винтовым питателем подается в бункер выдерживания, называемый иногда камерой томления. Томление (горячее магазинирование) улучшает качество строительного гипса, уменьшая водопотребность и увеличивая его прочность. Это основано главным образом на том, что оставшееся небольшое количество зерен двугидрата переходит в полугидрат за счет запаса тепла в материале. Под действием выделяющегося при этом пара обезвоженный гипс может гидратироваться и превратиться в полугидрат. Такое «выравнивание» качества материала в процессе вызревания весьма полезно. Бункер томления является и промежуточной емкостью, куда быстро выгружается из котла готовый гипс.

Из бункера выдерживания, после охлаждения, гипс винтовым питателем подается к элеватору, элеватором — на винтовой конвейер, а затем винтовым конвейером на склад. Длительное вылеживание полугидрата на складе также влияет на его строительные свойства, в частности при этом уменьшается водопотребность. В качестве склада в данном случае является железобетонный силос.

7 ФОНДЫ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ

Т = Nntk₁k₂,.

где N — количество рабочих дней в году; n — количество смен; t — количество часов в смену; k₁ — коэффициент учитывающий простои связанные с текущим ремонтом оборудования; k₁ = 0,9 … 0,95 для оборудования работающего с перерывами; k₁ = 0,85 … 0,9 для оборудования работающего непрерывно; k₂ — коэффициент учитывающий простои связанные с плановыми остановками на ремонт; k₂= 0,9.

1. Приемное отделение:

N = 260, n = 2, t = 8, k₁ = 0,95, k₂ = 0,9.

Т = = 3557 ч.

2. Дробильное отделение:

N = 260, n = 2, t = 8, k₁ = 0,95, k₂ = 0,9.

Т = = 3557 ч.

3. Помольное отделение:

N = 365, n = 3, t = 8, k₁ = 0,9, k₂ = 0,9.

Т = = 7096 ч.

4. Обжиговое отделение:

N = 365, n = 3, t = 8, k₁ = 0,9, k₂ = 0,9.

Т = = 7096 ч.

5. Склад:

N = 365, n = 3, t = 8, k₁ = 0,9, k₂ = 0,9.

Т = = 7096 ч.

8 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Таблица 6 — Материальный баланс.

Обжиг в гипсоварочном котле Дано: ц (CaSO₄) = 2,18%.

m_кон. = 46 142 т.

W = 4,23%.

Решение:

1) Пусть 1000 кг — сырьё, тогда 21,8 кг — примеси CaSO₄

1000 — 21,8 = 978,2 кг.

972,8 х.

CaSO₄ · 2H₂O > CaSO₄ • 0,5H₂O + 1,5H₂O.

172 145.

кг С учетом примесей: m_{готов.продукта} = 824,6 + 21,8 = 846,4 кг.

2) 1000 кг сырья — 846,4 кг продукта.

y кг сырья — 46 142 т продукта.

y = m_сух. = 54 516 т С учетом влажности: W = 4,23%.

m_сух. = 54 516 т.

m_вл. = · m_сух. + m_сух.

m_вл. = · 54 516 + 54 516 = 56 822 т.

9 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для гипсового завода с производительностью 45 000 т/год требуется следующее оборудование.

.

где К — коэффициент использования оборудования; N_факт — фактическая производительность; N_ном — номинальная производительность.

Щековая дробилка СМД - 11 СМ — 166А):

Тип дробилки Со сложным движением щеки Размер загрузочного отверстия, мм 250 900.

Ширина разгрузочной щели, мм 20 — 80.

Габаритные размеры, м:

длина 1,4.

ширина 2,08.

высота 1,23.

Масса, т 5,1.

Мощность электродвигателя, кВт 40.

Производительность, м³/ч 18.

Цепной элеватор Т-52:

Угол наклона, град. 90.

Число цепей 2.

Наибольшая высота подъема, м 18.

Ковши:

емкость, л 2.

ширина, мм 200.

шаг, мм 300.

Габаритные размеры, м:

длина 0,9.

ширина 0,5.

высота 19,5.

Масса элеватора, т 2,8.

Мощность электродвигателя, кВт 4,4.

Производительность, м³/ч 20.

Тарельчатый питатель СМ — 274:

Диаметр тарелки, м 1,0.

Габаритные размеры, м:

длина 1,9.

ширина 1,13.

высота 1,7.

Масса питателя, кг 850.

Мощность электродвигателя, кВт 1.

Производительность, м³/ч 9.

Шахтная мельница СМД — 15 (СМ — 431):

Габаритные размеры, м:

длина 1,4.

ширина 1,3.

высота 1,2.

Мощность электродвигателя, кВт 55.

Производительность, т/ч 12.

Циклон ССМ:

Диаметр циклона, м 3,46.

Высота цилиндрической части, м 3,12.

Высота конической части, м 3,39.

Производительность, м³/ч 5.

2 шт.

Батарейный циклон

Тип циклона Вертикальный односекционный Диаметр циклона, м 0,254.

Число циклонов 42 =.

Объем бункера, м³ 2,5.

Габаритные размеры, м:

длина 1,91.

ширина 2,15.

высота 6,8.

Масса, кг 7500.

Электрофильтр ДВПН-4−20

Площадь сечения активной зоны электрофильтра, м² 80.

Габаритные размеры, м:

длина 17.

ширина 6.

высота 20.

Масса, т 117,2.

Мощность, кВт 48.

Производительность, м³/с 120.

Количество электрофильтров 5.

Винтовой конвейер СТ — 90 :

Диаметр трубопровода, мм 90.

Диаметр спирали, мм 68.

Максимальная длина транспортера, м 25.

Мощность электродвигателя, кВт 2,2.

Производительность, м³/ч 7.

Винтовой конвейер СТ — 90 :

Диаметр трубопровода, мм 90.

Диаметр спирали, мм 68.

Максимальная длина транспортера, м 25.

Мощность электродвигателя, кВт 2,2.

Производительность, м³/ч 7.

Гипсоварочный котел:

Диаметр, м 4,6.

Высота, м? 4.

Вместимость, м³ 15.

Винтовой питатель :

Диаметр винта, м 0,3.

Шаг винта, м 0,24.

Угловая скорость винта, об/мин 30.

Коэффициент разрыхления и наполнения 0,25.

Производительность, т/ч 10.

Винтовой питатель :

Диаметр винта, м 0,3.

Шаг винта, м 0,24.

Угловая скорость винта, об/мин 30.

Коэффициент разрыхления и наполнения 0,25.

Производительность, т/ч 10.

Винтовой конвейер СТ — 90 :

Диаметр трубопровода, мм 90.

Диаметр спирали, мм 68 Максимальная длина транспортера, м 25.

Мощность электродвигателя, кВт 2,2.

Производительность, м³/ч 7.

10 РАСЧЕТ БУНКЕРОВ И СКЛАДА

Бункера

Приемный бункер гипсового камня:

a = 4000 мм.

b = 3000 мм.

h = 4000 мм.

a₁ = 2000 мм.

b₁ = 1000 мм.

h₁ = 2000 мм.

V = 61 м³

Расходный бункер гипсовой щебенки:

a = 2000 мм.

b = 3000 мм.

h = 3500 мм.

a₁ = 1000 мм.

b₁ = 1000 мм.

h₁ = 2500 мм.

V = 29 м³

Бункер для высушенного гипса из пылеосадительных устройств:

a = 2000 мм.

b = 3000 мм.

h = 3500 мм.

a₁ = 1000 мм.

b₁ = 1000 мм.

h₁ = 2500 мм.

V = 29 м³

Бункер над гипсоварочным котлом:

a = 2000 мм.

b = 3000 мм.

h = 3500 мм.

a₁ = 1000 мм.

b₁ = 1000 мм.

h₁ = 2500 мм.

V = 29 м³

Бункер томления:

a = 2000 мм.

b = 2000 мм.

h = 4000 мм.

a₁ = 1000 мм.

b₁ = 1000 мм.

h₁ = 3000 мм.

V = 29 м³

Склад

Принимаем 2 склада:

h = 6000 мм.

d = 7000 мм.

V = 230 м³

11 РАСЧЕТ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

где W_г — годовой расход электроэнергии; T_гi — годовой фонд чистого рабочего времени; N_i — номинальная мощность оборудования Щековая дробилка: W_г = 40 3557 = 142 280 кВтч Шахтная мельница: W_г = 55 7096 = 390 280 кВтч Транспортное оборудование:

Цепной элеватор: W_г = 4,4 3557 = 15 650,8 кВтч Тарельчатый питатель: W_г = 1 7096 = 7096 кВтч Винтовой конвейер: 3 W_г = 3 2,2 7096 = 46 833,6 кВтч Электрофильтр: W_г = 240 7096 = 1 703 040 кВтч.

= 2 305 180,4 кВтч.

12 ОХРАНА ТРУДА НА ГИПСОВЫХ ЗАВОДАХ

При проектировании, строительстве и эксплуатации новых и реконструкции действующих предприятий по производству строительного гипса и других вяжущих следует руководствоваться «Санитарными нормами промышленных предприятий» и «Правилами по технике безопасности в гипсовой промышленности».

При производстве гипса и изделий из него неблагоприятные условия труда чаще всего обусловливаются:

· повышенной концентрацией пыли и влаги в воздухе помещений;

· недостаточной тепловой изоляцией печей, варочных котлов, сушильных барабанов, а также выбиванием дымовых газов в помещение, что может привести к ожогам и отравлению;

· ненадежным ограждением вращающихся частей отдельных аппаратов и механизмов, а также лестниц, приямков и т. п.

Для борьбы с пылью необходимо все технологическое и транспортное оборудование, в котором образуется пыль, заключать в герметические сплошные металлические и другие кожухи с плотно закрываемыми смотровыми и ремонтными люками, дверцами и другими отверстиями. В местах образования пыли и газов следует устраивать помимо общей вентиляции местную аспирацию для удаления пыли и газов непосредственно из точек их образования. Паропроводящие трубы из варочных котлов, сушильных барабанов и др. надо присоединять к пылеосадительной системе для улавливания пыли. Очищать дымовые газы, воздух следует в наиболее эффективных пылеосадительных устройствах, в частности в электрофильтрах, гарантирующих очистку газов от пыли не менее чем на 98%.

Общая и местная вентиляционные системы должны обеспечивать надлежащее санитарно-гигиеническое состояние производственных помещений. При этом допустимая концентрация пыли и токсических газов в воздухе не должна превышать (мг/м³) [Волженский, стр. 44]:

для пыли, содержащей: 10 — 70% кварца 2.

до 10% кварца 5.

для цемента, гипса, глин, известняков, не содержащих кварца 6.

для угольной пыли 10.

для окиси углерода 0,02.

для сероводорода 0,01.

Для улучшения санитарных условий работы на гипсовых и других заводах вяжущих веществ особое значение имеют замена механического транспорта пневматическим, а также применение для очистки запыленного воздуха электрофильтров и герметизация пылящего оборудования.

Все вращающиеся части приводов и других механизмов следует надежно ограждать. На заводах должна быть звуковая или световая сигнализация, предупреждающая обслуживающий персонал о пуске того или иного оборудования, а также о неполадках на отдельных технологических переделах, способных вызвать аварии. Все токопроводящие части (внутренняя проводка, рубильники и т. д.) должны быть изолированы, а металлические части механизмов и аппаратов заземлены на случай повреждения изоляции. Создание здоровых и безопасных условий труда должно обеспечиваться также дальнейшим совершенствованием технологии, полной механизацией и автоматизацией всех производственных процессов.

камень твердение строительный гипс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассчитан гипсовый завод с производительностью 45 000 т/год.

Для этого завода выбрана технологическая схема с применением гипсоварочного котла, в которой используется следующее оборудование: щековая дробилки, шахтная мельница, гипсоварочный котел, пылеосадительные устройства — спареный циклон, батарейный циклон, электрофильтр, цепной элеватор, винтовые конвейеры; тарельчатый и винтовой питатели.

Завод с такой производительностью ежегодно потребляет 2 305 180,4 кВтч электроэнергии и 60 719 т/год исходного продукта.

1. Бутт Ю. М., Сычев М. М., Тимашев В. В. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник для вузов/ Под ред. Тимашева В. В. — М.: Высш. школа, 1980. — 472 с., ил.

2. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов. — М.: Стройиздат, 1979. — 476 с.

3. Вяжущие материалы. А. А. Пащенко, В. П. Сербин, Е. А. Старчевская. Издательское объединение «Вища школа», 1975. — 444с.

4. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А. В. Ферронской. — М.: Издательство АСВ, 488 с., с ил.

5. Ильевич А. П. Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров: Учебник для вузов. — М.: Высш. шк., 1979. — 344с.

6. Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов, — 3-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1983. — 487 с., ил.

7. Строительные материалы: Справочник/ А. С. Болдырев, П. П. Золотов, А. Н. Люсов и др.; Под ред. А. С. Болдырева, П. П. Золотова. — М.: Стройиздат, 1989. — 567 с.: ил.