Производство Стеклосиликата

Содержание

Введение ………………………………………………………………………....4

1 Номенклатура выпускаемой продукции………………………………………7

2 Технологическая часть………………………………………………………..11

   2.1 Обоснование выбора и характеристика сырьевых материалов и полуфабрикатов………………………………………………………………………11

   2.2 Состав сырьевой массы………………………………………………….16

   2.3 Выбор и обоснование способа производства………………………….16

   2.4 Обоснование выбора технологической схемы…………………………18

   2.5 Технологическая схема производства изделий………………………..20

   2.6Физико-химические процессы формирования структуры материала …………………………………………………………………………………...30

   2.7 Структура и режим работы предприятия……………………………..32

   2.8 Программа выпуска продукции………………………………………...33

   2.9 Материальный баланс производства…………………………………...36

   2.10 Производственная  программа предприятия…………………………43

   2.11 Потребность в материалах на заданный объем продукции………...45

   2.12 Выбор и расчет количества оборудования…………………………..45

3 Управление качеством продукции…………………………………………..50

4 Безопасные условия труда…………………………………………………..53

5 Охрана окружающей среды…………………………………………………55

Заключение………………………………………………………………………57

 Список литературы……………………………………………………………58

Введение

Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия являются материалами функционального назначения. Первые из них предназначены для тепловой изоляции, вторые — для создания акустического комфорта в зданиях. Объединение этих двух групп материалов в одной главе обусловлено тем, что они имеют много общего, начиная с сырья и технологии их получения и кончая структурой и свойствами, например высокой пористостью и малой плотностью. [2]

Теплоизоляционные и акустические материалы позволяют не только улучшить эксплуатационные условия в зданиях, но и сэкономить значительное количество материалов (кирпича, цемента, древесины, металла), резко снизить массу конструкций и общие затраты на сооружение зданий, а также повысить степень индустриализации строительных работ.  [2]

Растворимое стекло как промышленный продукт получило практическое значение только в первой половине XIX столетия, хотя алхимикам оно было известно еще в средние века. В 1640 г. Ван-Гольмонт. сплавляя песок (или тонко измельченный кремень) с избытком соды, получил после охлаждения прозрачную стекловидную массу, сильно- гигроскопическую и хорошо растворимую в воде. В 1618 г. Иоган Глаубер, независимо от Ван-Гельмонта, приготовил растворимое стекло, описал его свойства и некоторые реакции. Стекло в виде больших кусков могло сохраняться в сухом воздухе долгое время без особых внешних изменений, а в тонко измельченном состоянии оно поглощало из воздуха влагу, расплывалось и образовывалась густая вязкая масса. Попытки Глаубера найти применение растворимого стекла не имели в то время никакого успеха. В 1818 г. Фукс приготовил растворимое стекло, а  получаемые продукты Фукс тщательно изучал и результаты своих исследовании опубликовал в 1825 г. в монографии под заглавием «О новом полезном продукте из кремнезема и едкого калия». Он старался создать и развить в Германии производство растворимого стекла, по не имел успеха. В 1857 г. Фукс напечатал брошюру «Изготовление, свойства и применение растворимого стекла», в ней с наибольшей полнотой для того-времени сообщались сведения об этом продукте. После опубликования работ Фукса в первой и второй половине XIX в. в Германии, Англии, Франции появилось большое количество работ по исследованию растворимого стекла. Среди ученых того времени, занимавшихся этим веществом, можно отметить Кульмана, Либиха, Ордвея, Дюма, Реньо, Метчерлиха, Эбеля, Бюхнсра и др. В Германии жидкое стекло стало применяться в 1831 г. для пропитки театральных занавесей и декораций с целью придать им огнестойкость. Впервые жидкое стекло было использовано для стенной живописи известным художником Каульбахом в Новом музее в Берлине. Довольно успешно применялось жидкое стекло для закрепления камней в различных постройках, подвергавшихся процессу выветривания. Производство растворимого стекла в незначительных масштабах начинает развиваться с 60-х годов прошлого столетия во Франции, Англии, Бельгии, Голландии и других странах. В России со свойствами жидкого стекла познакомились после опубликования работ Фукса. В первой половине XIX в. оно привозилось в нашу страну исключительно из Германии в очень небольших количествах. Постройка заводов кустарного типа стала возможной у нас только в 80-х годах прошлого столетия. В дореволюционный период общая производительность наших заводов исчислялась весьма скромными числами. В настоящее время почти нет ни одной отрасли промышленности и техники, где бы не применялось растворимое стекло. В строительстве оно используется для силикатизации шоссейных дорог, укрепления грунтов, изготовления кислотоупорных бетонов и цементов, огневодозащитных и антикоррозийных обмазок и т. н. В промышленности стройматериалов — для изготовления облицовочных и кислотоупорных плиток, теплоизоляционных материалов и изделий и т. п. В стекольной промышленности — для брикетирования шихты, закалки стекла и ряда других целей. В керамической промышленности употребляется в качестве пептизатора каолиновых и глинистых суспензий, для приготовления керамических красок и глазурей, для получения силикатных фильтров и т. п. изделий. [1]

В металлургической промышленности растворимое стекло применяется для брикетирования металлической мелочи и стружки, для изготовления неметаллических моделей и в качестве связки для стержней и форм в металлолитейных производствах; в сварочном деле — для электродных обмазок; в металлообрабатывающей промышленности — для закалки и электрорезки металлов и т.п. целей. В мыловаренной промышленности оно применяется как добавка в мыло, для изготовления моющих паст и порошков; в картонной промышленности — для картонно-бумажной тары; в резиновой промышленности — для получения белой сажи и др. целей.

Приведенный краткий перечень областей использования растворимого стекла, который можно продолжить и далее, характеризует универсальность его применения. Растворимое стекло в виде силикат-глыбы, силикат-гранулята и растворов различной концентрации и модульности производится на предприятиях различных министерств и ведомств по разным способам в зависимости от целей и задач, а также масштаба производства и потребления.                           Разработан ряд новых технологических процессов получения разных материалов и изделии па основе жидкого стекла:  песчаных фильтров ,  звуко- и теплоизоляционных изделий,  жаростойких моделей , теплозащитных и газонепроницаемых обмазок, а также процесс обесцвечивания кварцевых песков с помощью жидкого стекла и т. п.

Цель курсового проекта  проектирование предприятия по производству гранулированных материалов на основе вспученного жидкого стекла.

Основные  задачи курсового проекта:

–  определить номенклатуру гранулированных изделий на основе вспученного жидкого стекла, изучить свойства изделий, определить рациональные условия  их эксплуатации;

–  обосновать выбор исходных  материалов и привести  характеристику

 их состава, состояния,  свойств;

–  глубоко изучить  технологию получения заданного  вида продукции,

обосновать выбор способа  и технологической схемы, детально

 описать процесс изготовления  изделий;

–  выполнить технологические  расчеты;

–  освоить методику расчета  материального баланса производства,

составить и проанализировать схему материальных потоков;

– произвести выбор и  расчет количества основного оборудования.

  Курсовой проект предоставлен  в виде расчетно-пояснительной части представляющую собой … страниц машинописного текста и 1 листа формата А1, графической части с изображением технологической схемы производства гранулированного материала на основе жидкого стекла. [2]

1 Номенклатура выпускаемой продукции

При относительно небольших  материальных вложениях, применение теплоизоляционной продукции позволяет существенно повысить уровень комфортности, теплоизоляции и звукоизоляцию жилых и производственных зданий. Кроме того, это позволяет сократить эксплуатационные расходы, то есть добиться весомой экономии топливных ресурсов.

Круг задач, для решения  которых используются теплоизоляционные  материалы, весьма широк.

Такие факторы эксплуатации строительных и инженерных конструкций, как температурный и влажностный  режим, наличие нагрузок, деформационных воздействий, агрессивных химических агентов предъявляют разные требования к теплоизоляционным материалам. В соответствии с этими требованиями и осуществляется выбор типа материала.

Рассмотрим важнейшие  особенности и области применения наиболее распространенных и популярных теплоизоляционных материалов.

 Классификация вспученных  материалов из жидкого стекла:

Внешний вид:

• зернистые;
• композиционные (контактное и объемное омоноличивание) – изготавливают в виде изделий (плиты, блоки и т.п.), получают из зернистых материалов путём контактного или объемного омоноличивания. Зачастую связующее поризуют. В качестве связующего может быть использовано жидкое стекло (в том числе поризованное), а также другие материалы: цемент, строительный гипс, полимеры, битумы.
• Заливочные композиции – представляют собой каркас из бумаги и ткани, пропитанной специальным раствором;
• сотопластовые.

 Зерновой состав: 

• стеклопор – более 5 мм;
• силипор 0,1 – 5 мм;

Принцип вспучивания:

• термовспученные  (зернистые,некоторые омоноличенные) – подвергающиеся термической обработке (обжигу) ;
• за счет химического взаимодействия жидкого стекла с добавками (заливочные и некоторые омоноличенные композиции).

Пористость 98 – 99 %. Поры ячейковые.Средняя плотность 10 – 200 кг / м3. Теплопроводность 0,028 – 0,035 Вт / (м · 0С). Водопоглощение 12 – 18 %. Температура применения «–»200… «+» 600 0С. Предел прочности при сжатии 0,1 – 0,7 МПа. Низкая водостойкость. Применение − заполнители композиций; штучные изделия.

Сырьевые материалы: жидкое стекло натриевое с плотностью 1,2 – 1,4 г / см3;  тонкомолотые минеральные  наполнители – для отощения массы;  специальные добавки (для упрочнения;повышения водостойкости).

Основные разновидности  материалов из вспученного жидкого  стекла.

Композиционные материалы.

 Различают несколько разновидностей, полученных на основе различных связующих. Так при связующем жидком стекле получют стеклосиликат. Контактное омоноличивание, получен из гранул стеклопора и жидкого жидкого стекла. Плотность материала в интервале от 80 до 150   кг/м3. Прочность при сжатии составляет 0,2 – 0,4МПа. Теплопроводность 0,05 – 0,07 Вт/(м*0С).

Стеклосиликат. Связующим при изготовлении стеклосиликата является жидкое стекло или его смесь со специальными добавками. Стеклосиликат относится к крупнопористым легким бетонам; это гранулы стеклопора, омоноличенные контактным способом щелочными силикатами. Средняя плотность крупнопористого стеклосиликата находится в пределах 80 – 140 кг/м3, прочность при сжатии – 0,15 – 0,4 МПа, теплопроводность – 0,05– 0,07 Вт/(м·°C). [5]

Одним из вариантов утепления стен в вашей квартире могут стать блоки из стеклосиликата. Их используют для возведения перегородок между помещениями, для разбивки квартиры на зоны. Подобная конструкция поможет вам создать собственную планировку квартиры.

Блоки рекомендуется применять  для тепловой изоляции неэксплуатируемых и эксплуатируемых плоских кровель, остроконечных и скатных кровель, чердачных перекрытий. В сочетании с гибким кровельным покрытием, обеспечивается отсутствие просадки кровли, столь характерное при применении иных утеплителей.

Хорошая звукоизоляция блоков поможет вам сделать жилище более  комфортным.

- размеры блока 400х475 мм, возможно изготовление блоков размерами менее чем 400х475 мм (например, 200х450 мм, 200х250 мм) или выпуск блоков необходимого размера на заказ;

- толщина выпускаемых  блоков: 60, 80, 100, 120 мм, возможно изготовление  толщиной 40 мм;

 Плиты из стеклосиликат а являются прочными, легкими, экологически безопасными, коррозионноустойчивыми, а также негорючими утеплителями. За счет химической и термической стойкости стеклосиликата можно применять для выполнения изоляции реакционных сред и аппаратуры. Безусадочность и жесткость дает возможность применять данный материал для выполнения теплоизоляции кровель, а также создавать обогреваемый пол, делать тротуары, автостоянки и другое. Такое решение очень эффективно, поскольку материал очень долговечный. Также используют для утепления плит перекрытия в монолитнокаркасном домостроении, а также для создания эксплуатируемых кровель (террасы, «зелёная крыша», паркинги и пр.).

 - плиты с различными покрытия поверхности под разные технологии использования имеют размер – 600х1200 мм;

- толщина плит от 30 до 180 мм с «шагом» - 10 мм.

Сегменты теплоизоляции  трубопроводов − представляют собой полуцилиндры, замыкающиеся в замок. Диаметр утепляемых труб от 16 мм. до 1200 мм. Обычно теплоизоляция трубопроводов состоит из двух сегментов (половинок). При увеличении числа сегментов диаметр изолируемой трубы неограничен. В зависимости от задачи выбирается толщина изоляции труб. 

Изоляция труб для сохранения энергии не единственное, хоть и  основное назначение скорлупы. В системах вентиляции она используется для снижения шума, в холодильных установках не допускает нагрева носителя от внешней среды.

Таким образом, обладая выигрышным сочетанием уникальных технических характеристик и широкой сферой применения, стеклосиликат  удовлетворяет всем основным требованиям мирового строительного рынка..

Легкость, простота и скорость монтажных и демонтажных работ  с теплоизоляцией при строительстве или ремонте трубопровода. Работы можно производить в любую погоду.

Биологическая нейтральность  материала. Стеклосиликат не гниет, не слеживается, не боится влаги. Пригоден к использованию вторично - при демонтажно-монтажных работах.

Высокие теплоизоляционные  качества изоляции.

Долговечность трубной теплоизоляции. Стеклосиликат долговечный материал. Он не потеряет своих свойств через 50 лет и многократных циклов заморозки.

Абсолютно не поддерживает горение. Материал также отличается высокой стойкостью к жизнедеятельности микроорганизмов, а также грызунов.

Применение в строительстве  стеклосиликата дает возможность строить энергосберегающие строения, которые будут легче обыкновенных и, при общем спаде стоимости строительство на двадцать – двадцать пять процентов застраивать площади, которые находятся на заболоченных и слабых грунтах в тех регионах, где жаркий и холодный климат, а также выполнять реконструкцию уже имеющихся зданий.

В климатических условиях ,  которые предлагают значительные температурные перепады, а также повышенную влажность, а материал является самым долговечным, причем он почти не имеет ограничений по своим эксплуатационным срокам. Помимо этого, материал можно применять для проведения реконструкции уже имеющегося жилья по доступным и простым технологиям.

В своём курсовом проекте  я выбираю производство плит из стеклосиликата. (Таблица 1)

2 Технологическая часть

2.1 Обоснование выбора и характеристика сырьевых материалов,

полуфабрикатов.

Сырье – основа любой технологии. Обоснованный выбор сырья – исходных материалов обеспечит высокое качество готовой продукции, предопределит

производительность оборудования, расход топливно-энергетических ресурсов.

Современная сырьевая база теплоизоляционных и акустических матери

лов представлена природными и техногенными источниками. Расширение

сырьевой базы за счет техногенных  материалов направлено на рациональное

использование природных  ресурсов, полную и комплексную реализацию полученных свойств горной массы, извлекаемой из недр земли. [2]

Сырьевые материалы, используемые для получения стеклосиликата можно разделить на две группы:

− материалы для получения  гранул;

− материалы для изготовления изделия.

Сырьем для производства стеклопора служат основной стеклосодержащий компонент, тонкомолотые минеральные наполнители и специальные добавки.

Назначение тонкомолотых минеральных наполнителей — отощение жидкостекольной смеси, необходимое для достижения оптимальных реологических характеристик смеси и повышения прочности материала. Отощающими добавками служат разнообразные тонкомолотые минеральные наполнители: мел, известковая мука, тальк, молотый песок, каолин, асбестовая пыль, зола.

Специальные добавки предназначены  для направленного регулирования эксплуатационных свойств материала. Специальные добавки в зависимости от эффекта, оказываемого ими на свойства вспученных материалов, делятся на упрочняющие, гидрофобизирующие, повышающие водостойкость и вспучивание материала. [2]

В курсовой работе предусмотрено использование природного и техногенного сырья. Сырьевая смесь для получения гранулированных  изделий  состоит из трех компонентов.

Жидкое стекло —основной стеклосодержащий компонент − водный щелочной раствор силикатов натрия Na2O (SiO2) n и (или) калия K2O (SiO2) n с плотностью 1,2 – 1,4 г / см3.

Химический состав жидкого  стекла (натриевого) обычно характеризуют формулой R20*пSi02, в которой п — так называемый модуль стекла, представляющий собой отношение числа грамм-молекул кремнезема к 1 грамм-молю того или иного оксида щелочного металла R20. Характеристикой  химического состава жидкого стекла является силикатный модуль. Модуль показывает отношение содержащейся в жидком стекле окиси кремния к окиси натрия или к окиси калия и характеризует выход кремнезема в раствор. По величине силикатного модуля о качестве жидкого стекла не судят. Часто применяют натриевое стекло с модулем 2,6—3,4 и калиевое — с модулем 3—4. Растворимые стекла с повышенным модулем более стойки к воздействию кислот. Чем выше модуль растворимого стекла, тем больше в нем коллоидного кремнезема и выше клеящие свойства такого растворимого стекла.

Сырьём для изготовления растворимого стекла служат чистый кварцевый песок, сода Na2CO3 или сульфат натрия Na2SO4. После варки тщательно перемешанной сырьевой смеси в стекловаренных печах при температуре 1300 – 1400 С жидкое стекло быстро охлаждается на металлических листах. Образуются полупрозрачные, зеленоватого цвета куски силикат – глыбы. Силикат – глыбу растворяют в автоклавах паром под давлением 0,6 – 0,8 МПа и температуре 150 С, переводя в состояние коллоидного раствора с истинной плотностью 1,40 – 1,55 г/см3. Перед применением жидкого стекла производится дальнейшее разбавление раствора до необходимой консистенции.(Таблица 3)

Таблица 3 – Свойства силикат  – глыбы и жидкого стекла

В курсовой работе предусмотрено  растворимое стекло хранить в закрытой таре, а перевозить его экономичнее в твёрдом виде ( силикат – глыбы) с последующим растворением.

В твердении растворимого стекла участвует также и углекислота  воздуха, которая, нейтрализуя едкую натриевую или калиевую щелочь, образующуюся в растворе при гидролизе, способствует коагуляции кремнекисло-ты и более быстрому затвердеванию растворимого стекла. Однако глубина проникания углекислоты сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.

Жидкое стекло применяют для затворения кислотоупорного цемента при изготовлении соответствующего бетона, предохранения поверхности природных камней от выветривания, изготовления огнезащитных (для древесины) красок, замазок, устройства силикатированного шоссе на основе известнякового щебня, жароупорных бетонов, силикатизации (пропитки) грунтовых оснований и других целей.[6]

При применении новых технологий получения растворимых стекол, использующих отходы различных производств, стоимость его значительно снижается,  следовательно, снижается и стоимость изготавливаемых теплоизоляционных материалов.

Предпосылками для широкого применения жидкого стекла в различных отраслях народного хозяйства являются:

• Высокий уровень вяжущих свойств, обеспечивающий получение необходимых технических характеристик композиционного материала, при небольшом расходе связующего: водостойкости, химической стойкости, атмосферостойкости, термических свойств и др.
• Дешевизна и недефицитность исходного сырья (кварцевый песок, сода, поташ), сравнительная простота технологии.
• Нетоксичность жидкого стекла обеспечивает хорошие санитарно- гигиенические условия труда рабочих как при производстве стекла, так и при получении композиционных материалов на его основе.
• Абсолютная негорючесть и отсутствие выделения каких-либо газообразных веществ (кроме водяных паров) при нагреве до сравнительно высоких температур (выше 600°С), возможность использования жидкого стекла для получения термостойких и огнеупорных материалов.
• Жидкие стекла являются единственным широко доступным источником растворимого кремнезема, необходимого для синтеза неорганических и кремнеорганических соединений, не имеющим природных аналогов.
• Использование жидкого стекла в композициях строительного назначения обычно требует отдельного его приобретения, раздельного хранения с прочими компонентами вследствие высокой химической активности; довольно часто жидкое стекло необходимо предварительно разбавлять водой до определенной плотности.

          В качестве минеральной добавки выбран мел.

 Мел — белая горная порода, мягкая и рассыпчатая. Мел не растворяется в воде. [3]

Основу химического состава  мела составляет карбонат кальция с  небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов.Сухой мел имеет модуль упругости от 3000 МПа (для рыхлого мела) до 10000 МПа (для плотного) и ведет себя как упругое тело. [3]

При увлажнении прочность  мела начинает снижаться уже при  влажности 1-2%, а при влажности 20-30% прочность на сжатие увеличивается в 2-3 раза, при этом появляются пластические свойства. Проявление вязко-пластических свойств природного мела с увеличением его влажности приводит к серьезным осложнениям в технологии при его переработке. От этого происходит налипание мела на элементы транспортных средств (ковш экскаватора, кузов самосвала, питатель, ленточный конвейер). Наблюдается залипание валковых зубчатых дробилок. Это приводит в некоторых случаях к отказу добычи мела с нижних обводненных горизонтов, хотя по качеству мел нижних горизонта относится к качественному мелу.

Природный мел практически  не обладает морозостойкостью, после  нескольких циклов замораживания и размораживания он распадается на отдельные кусочки размером 1-3 мм.

Как уже отмечалось, мел  состоит  в основном из двух основных частей – карбонатная часть, растворимая  в соляной и уксусной кислотах (карбонаты кальция, магния) и некарбонатная часть (глины, мергели, кварцевый песок, окислы металлов и др.) которые не растворяются в указанных кислотах. Карбонатная часть мела на 98-99% состоим из карбоната кальция. В небольшом количестве присутствуют карбонаты магния , которые образуют рассеянные в основной массе мела кристаллы магнезиального кальцита, доломита и сидерита.

Наиболее приемлемой является классификация  по содержанию карбонатов и маркам продуктов из мела.

В составе этого минерала теоретически содержатся 56,03 % CaO и 43,97 % СО2. Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии. Спайность совершенная по ромбоэдру. Твердость по шкале Мооса 3, плотность 2,72 г/ м3. Основной диагностический признак- «вскипание» от капли соляной кислоты (5-10 %), тем более бурная, чем меньше зерна кальцита. Цвет кристаллов бесцветный, белый. При нагревании на воздухе кальцит диссоциирует при температуре 800-900 ◦С.

Одним из крупных потребителей мела является строительная промышленность, где мел используется для производства цемента, извести, различных шпаклевочных и малярных материалов.

В данном проекте мел используется как отощающая добавка.

  Использование мела в производстве в качестве наполнителя, позволяет существенно снизить себестоимость готовой продукции и улучшить ее качество.(Таблица 4)

Таблица 4 – Основные физико−механические свойства мела

В качестве гидрофобизирующей  добавки в курсовом проекте выбрана кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия).

 ГКЖ-10 — этилсиликонат натрия в спиртовом растворе — представляет собой смесь кремнийорганических соединений, полученных путем обработки спиртовой щелочью гидролизованных водой кубовых остатков этилсилан-хлоридов. ГКЖ-10 выпускают в виде 30%-ного водно-спиртового раствора смеси кремнийорганических продуктов. Количество свободной щелочи в 30%-ном растворе ГКЖ-10 в пределах 7—9%.