Производство известкового теста

ВВЕДЕНИЕ

Известь известна человечеству не одно тысячелетие и  все это время активно используется им в строительстве и многих других отраслях. Это объясняется доступностью сырья, простотой технологии и достаточно хорошими свойствами извести.

Сырьем для  получения извести служат широко распространенные осадочные горные породы: известняки, мел, доломиты, состоящие преимущественно из карбоната кальция (СаСО₃).

В строительной индустрии известь используется в двух направлениях: изготовление строительных материалов (кирпича, блоков и др.) и приготовление растворов (кладочных, штукатурных и др.).

Строительная известь, получаемая обжигом кальциевых и  магнезиальных карбонатных пород, применяется для приготовления  растворов и бетонов, вяжущих  материалов и производства строительных изделий. В зависимости от условий твердения она подразделяется на воздушную, обеспечивающую твердение и сохранение прочности строительных растворов и бетонов в воздушно - сухих условиях, и на гидравлическую, при которой растворы и бетоны твердеют, кроме того, сохраняют прочность на воздухе и в воде.

В соответствии с ГОСТом 9179 известь строительную классифицируют следующим образом:

а) в зависимости от условий твердения различают строительную известь:

- воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности воздушно - сухих условиях;

- гидравлическую, обеспечивающую  твердение растворов и бетонов  и сохранение ими прочности  как на воздухе, так и в  воде.

б) зависимости от вида обработки обожженного продукта различают несколько видов воздушной извести:

- негашеную комовую  известь-кипелку, состоящую главным  образом из СаО;

- негашеную молотую  известь того же состава - порошкообразный продукт помола комовой извести;

- гидратную известь-пушонку - порошок, получаемый в результате гашения комовой извести определенным количеством воды и состоящий в основном из Са(ОН)₂;

- известковое тесто - тестообразный продукт, получаемый при гашении комовой извести избытком воды.

Воздушная известь - единственное вяжущее, которое превращается в тонкий порошок не только размолом, но и путем гашения водой.

Основная  операция при получении этих видов  извести - гашение. Оно заключается в обработке извести водой. Обычно при гашении идёт самопроизвольный распад кусков извести на тонкодисперсные частички размером не более 5-20 мкм. Чем дисперснее частички гашёной извести, тем пластичнее получаемое из неё тесто и тем более ценными строительными свойствами оно обладает. Высокая пластичность теста определяется содержанием в нём тончайших фракций гидроксида кальция и магния (0,02-0,5 мкм). В гашёной извести должны отсутствовать непогасившиеся частицы оксидов кальция и магния, которые при последующей гидратации в затвердевших растворах и бетонах могли бы отрицательно влиять на их качество. Поэтому при гашении извести необходимо стремиться к полному переводу оксидов кальция и магния в их гидраты Са(ОН)₂ и Mg(OH)₂ и к получению продукта с максимальной дисперсностью частичек. Для этого необходим выбор рациональных технологических приёмов и соответствующего оборудования.

В последние годы почти  на всех стройках известь гасят механизированным способом в известегасителях, где  известь одновременно гасится, размалывается  и перемешивается, причем значительно  ускоряется гашение и не остается отходов.

1  Технологическая часть

1.1   Номенклатура выпускаемой продукции

На проектируемом предприятии  предусматривается выпуск известкового теста.

Известковое тесто - продукт, получаемый гашением комовой  или молотой негашёной извести  водой в количестве, обеспечивающем переход оксидов кальция и магния в их гидраты и образование пластичной тестообразной массы. Выдержанное тесто содержит обычно от 50 до 55 % гидроксидов кальция и магния и от 50 до 45 % механически и адсорбционно связанной воды. При гашении в тесто расход воды увеличивают от 2 до 3 частей по массе на 1 часть извести-кипелки; при большем количестве воды получают известковое молоко, а при значительном избытке – в известковую воду.

Известковое молоко - белая суспензия, в которой гидроксид кальция находится частично в растворенном, а частично во взвешенном состоянии.

Известковое тесто, защищенное от высыхания, неограниченно долго  сохраняет пластичность, т. е. у извести  отсутствует процесс схватывания. Затвердевшее известковое тесто  при увлажнении вновь переходит в пластичное состояние (известь - неводостойкий материал).

Хорошо выдержанное  известковое тесто содержит обычно 50 % воды, около 50 % твердых частиц и имеет среднюю плотность 1400 кг/м³ .

После отстаивания известковое  тесто содержит около 50 % твердых частиц и 50 % воды. Каждая частица окружена тонким слоем адсорбированной воды, играющей роль своеобразной смазки. Это обеспечивает высокую пластичность известкового теста.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку  сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения (обычно не менее двух недель). Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные зерна, которые гасятся в изделиях, разрушая их.

В таблице 1 представлены физические свойства известкового теста.

Таблица 1 – Физические свойства известкового теста

1.2 Исходные сырьевые материалы

Основными сырьевыми  компонентами для производства известкового  теста являются карбонатные породы: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк, плотный кристаллический известняк, землисто-рыхлый известняк или мел, известковый туф, известняк-ракушечник.

В данной курсовой работе основным сырьевым материалом является - мел.

Мел как широко доступный наполнитель приобретает  исключительно важное значение для  многих производств. Отличительная  особенность этого природного материала связана с тем, что он легко добывается и перерабатывается при относительно небольших издержках. Добыча и переработка мела не вызывает серьезных экологических нарушений.

Мел - белая горная порода, мягкая и рассыпчатая, состоит почти исключительно из мельчайших зёрен скрытокристаллического минерала кальцита (природного известняка), составляющего до 99 % от общей массы. Мел не растворяется в воде.

Одним из крупных  потребителей мела является строительная промышленность, где мел используется для производства цемента, извести, различных шпаклевочных и малярных материалов. Используется мел для побелочных работ в виде растворимой меловой пасты и молотого порошка.

Мел - мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающаяся на мелкие куски. Его обычно обжигают лишь во вращающихся печах, так как при обжиге в шахтных печах он легко крошится, что нарушает процесс обжига.

Качество  мела для производства строительной воздушной смеси регламентируется по содержанию CaCO₃, которое должно быть не менее 95 %, а MgCO₃ не более 2,5 %. Глинистых примесей в меле не должно быть выше 2 % известь жирная). При большем содержании последних известь получается более тощая.

В таблицах 2 и 3  приводится химический состав и показатели  свойств мела.

Таблица 2 - Химический состав мела, используемого в производстве извести.

В процентах

Таблица 3 - Показатели свойств мела

В процентах

Негашёная комовая известь - полуфабрикат для получения известкового теста.

Требования, предъявляемые  к извести комовой негашеной соответствуют ГОСТ 9179 [ 13 ].

Известь комовая  (воздушная негашеная комовая) представляет собой продукт обжига карбонатных пород и применяется для приготовления растворов и бетонов, вяжущих материалов и производства строительных изделий.

В таблице 4 приводится характеристика комовой извести.

Таблица 4 - Характеристики комовой извести               

В процентах

1.3 Выбор и обоснование способа производства и схемы технологического процесса

Производство известкового теста базируется на производстве комовой негашеной  извести. Технологический процесс изготовления комовой негашеной извести  зависит от плотности (структуры) сырьевых материалов (плотные и рыхлые (мел) известняки. Поэтому принимают две технологические схемы производства извести комовой негашеной по сухому и мокрому способу.

По сухому  способу подготовки сырья к обжигу применяют плотные, твердые породы - типа известняк.  По мокрому способу  подготовки сырья к обжигу применяют мягкие,  рыхлые породы - типа мела. Мокрый размол и дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе использования меньший износ оборудования..

Особенностью "мокрого" способа производства извести является то, что он обеспечивает надёжную гомогенизацию сырьевой смеси, равномерность подачи сырья в  печь для обжига, создание аварийных (промежуточных) запасов подготовленного сырьевого шлама.

При таком  способе производства значительно  уменьшается пылевыделение на всех стадиях переработки, упрощается схема  производства, облегчается процесс  улавливания пыли, появляется возможность обжига рыхлого мела, простота организации сжигания жидкого и газообразного топлива,.

Мокрая технология производства извести имеет один серьезный недостаток - высокий удельный расход топлива на единицу продукции. Это вызвано испарением во вращающейся  печи большого количества влаги, содержащейся в сырье природной и дополнительной, добавляемой при подготовке шлама.

Для обжига сырьевых материалов применяют печи различных типов: шахтные, вращающиеся и др. Так как  основным сырьем для изготовления известкового теста является мел, то в данной курсовой работе будет использован мокрый способ подготовки сырьевых материалов к обжигу во вращающейся печи.

Мел имеет  рыхлую структуру. Чистый мел  служит высококачественным сырьем для производства извести во вращающихся печах.

Преимущества  вращающихся печей для производства извести по сравнению с шахтными: механизация и управляемость  процесса, равномерность обжига извести  при высокой степени диссоциации  карбонатов, возможность обжига рыхлого  мела и известняка-ракушечника, а также мелких фракций сырья, простота организации сжигания газообразного и жидкого топлива.  Вращающиеся печи позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород (мела, туфа, известняка-ракушечника), которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига. В этих печах возможно достичь более высокой степени обжига (от 98 до 99,5 %), получить известь с временем гашения при 90 ^oС от 12 до 15 минут и более.

Недостатки  шахтных печей: известь загрязняется золой и остатками не сгоревшего топлива. Возможно так же образование  значительного количества пережога вследствие соприкосновения раскалённых  кусков антрацита или кокса с обжигаемым материалом. Это особенно заметно при нарушении теплового режима и чрезмерным форсированием печей за счёт высоких температур обжига. Одно из важнейших технологических преимуществ обжига извести во вращающихся печах - малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи, что обеспечивает оперативность управления процессом.

 Вращающиеся  печи обеспечивают компактность  технологической схемы, позволяют  автоматизировать процесс и снизить  капитальные затраты на строительство цехов. Во вращающихся печах может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах. Из-за малого времени пребывания материала в печи, опасность пережога в них минимальна.

Доставка и складирование мела

Дозирование

Дробление

Промежуточное хранение

Дозирование

Получение шлама

Корректировка шлама

Дозирование

Обжиг и охлаждение

Промежуточное хранение комовой извести

Дозирование

Дробление

Промежуточное хранение

Дозирование

Помол комовой извести

Промежуточное хранение

Дозирование

Получение известкового теста

Складирование и отгрузка.

Рисунок 1 - Блок схема технологического процесса производства известкового теста.

1.4 Описание схемы технологического процесса

Технологический процесс  производства известкового теста включает в себя следующий основные переделы:

- доставка и складирование мела;

- дробление мела;

- получение шлама;

- корректирование шлама;

- обжиг и охлаждение;

- складирование комовой извести;

- помол комовой извести;

- получение известкового теста;

- складирование и отгрузка  теста.

Полученную массу известняка в виде крупных и мелких кусков погружают в транспортные средства обычно одноковшовым экскаватором. Мел с карьера автосамосвалами доставляется на крытый склад и вываливается в запасник сырья [2 с.78-79].

Из запасника мел  фронтальным погрузчиком подается в приемные бункера пластинчатых питателей дробильно-сортировочного отделения. Карьерный мел пластинчатыми  питателями направляется в валковые зубчатые дробилки.

Дробленый мел ленточным конвейером транспортируется на грохот, на котором рассевается на три фракции: 0-15, 15-30 и 30-50 мм - и при помощи конвейеров ссыпается в шесть равных сборников сортированного мела. Мел подвергается предварительному дроблению и подается в шлам-бассейн совместно с необходимым количеством воды и специального разжижителя, где мел “распускается” до определенной консистенции (влажность шлама 40 %) и усредняется. При работе глиноболтушки куски мела с помощью перемешивающего устройства измельчаются, переходят во взвешенное состояние, в глиноболтушке получается меловой шлам, имеющий сметанообразную консистенцию. Готовый шлам самотеком поступает в промежуточный сборник шлама, представляющий собой железобетонную емкость размерами 5x5x4,7 м., рабочим объемом 80м³. По мере накопления, шлам из промежуточного сборника откачивается одним из насосов в вертикальный шламбассейн. Шламбассейн представляет собой металлический резервуар диаметром 8х23,2 м, рабочий объем 800 м³.

Готовый шлам во время  нахождения в промежуточном сборнике шлама и горизонтальном шламбассейне перемешивается с помощью подачи сжатого воздуха через барботеры. Системой насосов и дозирующих устройств, управляемых компьютером, меловой шлам подается во вращающуюся печь на обжиг. Транспортирование шлама имеет ряд особенностей, так как он представляет собой сметанообразную текучую массу, содержащую от 32 до 45 % воды. Чтобы уменьшить расход топлива на обжиг, стремятся снизить влажность шлама, а чтобы улучшить его транспортабельность, необходимо увеличить содержание воды.

На предприятии реализован мокрый способ производства. Обжиг извести осуществляется в длинной печи.

Печь имеет  следующие технологические зоны: зона сушки, где  происходит испарение влаги из шлама, поступает шлам с влажностью от 40 до 42% , в конце зоны мел с влажностью от 5 до 12%;  зона нагрева , где происходит нагрев материала до температуры реакции термической диссоциации; зона диссоциации, где происходит превращение мела в известь при температурах от 1150 до 1350°С; зона охлаждения, где здесь известь охлаждается потоком холодного воздуха.  Далее известь с температурой от 600 до 800°С поступает в холодильник барабанного типа, где охлаждается до 100°С.

Из холодильников выгружается на пластинчатые транспортеры и затем, при помощи элеваторов, подается на ленточные весовые дозаторы.

С весовых дозаторов  известь, при помощи ленточных транспортеров попадает  в дробильно-помольное отделение или по галереям попадает в силосы готового продукта.

Выгружаемую из печей  комовую известь транспортируют на склад в вагонетках либо пластинчатыми или ленточными конвейерами со стальной лентой, для которой не опасна повышенная температура извести.

В современных условиях гашение извести в тесто осуществляется механизированным способом на специальных  известегасильных установках.

Для получения известкового молока применяем барабанный гаситель.

Известь через дозатор  вместе с водой подается в барабанный гаситель извести,  где происходит реакция гашения с образованием раствора гидроксида кальция  (известкового молока).  Молоко из известегасильных установок подают непосредственно в растворомешалку, а тесто - в ёмкости для отстоя и обезвоживания. Ёмкости представляют собой железобетонные резервуары высотой от 5 до 6 м и диаметром от 4,5 до 5,5 м.

 Внутри они оборудованы фильтрами - вертикально установленными металлическими трубами диаметром 50-60мм, заполненными песком. Излишняя вода из известкового молока через отверстия в трубах (d = 5 мм) просачивается через песок и собирается в сборник, откуда её направляют на гашение следующих порций извести. От 16 до 24 часов пребывания в подобных отстойниках известковое молоко превращается в тесто сметанообразной консистенции, содержащее до 75 % воды. Из отстойников тесто перекачивают в железобетонные ёмкости без фильтров для дальнейшего вызревания или же направляют потребителю. Выгружают тесто из отстойников и других ёмкостей обычно с помощью специальных вибронасосов и цепных подъёмников. Под влиянием вибрации известковое тесто легко разжижается и перекачивается. Перевозят известковое тесто в автоцистернах.

1.5  Режим работы проектируемого завода

Характеристика режима работы завода будет включать в себя количество рабочих дней в году и число смен в сутки, количеством рабочих часов в сутки. Расчетный годовой фонд времени работы технологического оборудования, Вр час, вычисляем по формуле  (1).

В_р = Ср · n · ч · К_и,                              (1)

где  Ср - количество рабочих смен в году;

n – количество смен в сутки;

ч - количество рабочих часов в сутки;

К_и - среднегодовой коэффициент использования основного технологического оборудования.

Принятый режим работы проектируемого предприятия представлен  в таблице 5.

Таблица 5 - Режим работы предприятия

1.6  Расчет производительности проектируемого предприятия

По расчетному фонду  времени определяем требуемую производительность оборудования для выполнения заданной программы.

Расчет производительности и материального баланса предприятия  приводится в таблице 6.

Таблица 6 -Расчет производительности и материального баланса предприятия

1.7 Выбор и расчет основного технологического и транспортного оборудования.

Технологические характеристики одноковшового фронтального погрузчик ТО-28А  представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Технологические характеристики фронтального погрузчика

Технологические характеристики пластинчатого питателя С-640 представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Технологические  характеристики пластинчатого питателя С-640

Технологические характеристики валковой дробилки СМ-92. представлены в таблице 9.

Таблица 9 -Технологическая характеристика дробилки СМ-92