Процессы и аппараты дробления при производстве строительного гипса
Процессы и аппараты дробления при производстве строительного гипса
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Процессы
и аппараты технологии
Выполнил:
Проверил:
Реферат
Данный курсовой проект состоит из пояснительной записки, содержащей 20 листов печатного текста, включающего: 1 таблицу, и основанной на 3 литературных источниках, и графической части состоящей из 2 листов формата А1 (технологическая схема, установка – щековая дробилка).
Ключевые слова: гипс, строительный, механическая обработка, контроль качества, сырье, технология, производство, дробление, помол.
Целью данного курсового проекта было рассчитать и запроектировать тип и необходимое количество установок для производства строительного гипса. В работе рассмотрены различные технологии производства гипса. Произведены все необходимые технологические расчеты.
Содержание
Введение…………………………………………………………
1.Основные свойства сырья и вспомогательных материалов………………3
2.Описание и назначение
2.1 Выбор и обоснование
2.2 Описание технологической схемы производства…………………………7
2.3 Описание заданного
3. Расчет материального баланса
и количество основных
4. Контроль и возможности
5. Техника безопасности и охрана окружающей среды………………………18
Заключение……………………………………………………
Список используемой литературы …………………………………………….20
Введение
Строительными минеральными вяжущими веществами называют порошковидные материалы, которые после смешивания с водой образуют массу, постепенно затвердевавшую и переходящую в камневидное состояние. Строительные материалы делят на две группы: неорганические (минеральные), главнейшие из которых - портландцемент и его разновидности, известь гипс и другие, и органические, из которых больше всего используют продукты перегонки нефти и каменного угля (битумы, дегти), называемые черными вяжущими.
Строительные материалы сыграли большую роль в развитии культуры и техники. Без них невозможно было бы возведение зданий и сооружений. Одно из первых мест среди строительных материалов занимают вяжущие вещества, которые являются основой современного строительства.
Производство вяжущих веществ представляет собой комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, осуществляемых в определенной последовательности.
Вяжущие вещества - основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разнообразных бетонов (тяжелых и легких). Из бетонов изготовляют все возможные строительные изделия и конструкции, в том числе армирование сталью (железобетонные, армосиликатные и др.) Из бетонов на вяжущих веществах возводят отдельные части зданий и целые сооружения (мосты, плотины и т.п.).
Примерно за 4-3 тыс. лет до н.э. появились вяжущие вещества получаемые искусственно – путем обжига. Первым из них был – строительный гипс, получаемый обжигом гипсового камня при сравнительно невысокой температуре 413-463К.
Гипсовыми вяжущими веществами называют порошковидные материалы, состоящие из полуводного гипса и получаемое обычно тепловой обработкой двуводного гипса в пределах 105-2000С.
Применение гипсовых материалов и изделий способствует экономии топлива, цемента, снижению трудоемкости и стоимости строительства. Гипс применяется в качестве штукатурного материала, для изготовления орнаментальных украшений и при отделке зданий. Кроме того, используют для изготовления гипсобетонных прокатных перегородок и перегородочных плит
1.Основные свойства сырья и вспомогательных материалов
Основным источником сырья для производства гипсовых материалов и изделий являются природные месторождения гипса и ангидрида, а также в небольшой степени месторождения гипсосодержащих пород. Кроме того в качестве перспективного сырья для получения гипсовых вяжущих материалов следует рассматривать гипсосодержащие отходры ряда производств (фосфогипс, фторангидрид, титаногипс, борогипс и др.)
Природные гипс и ангидрит являются практически мономинеральными горными породами, каждая из которых состоит из ондоименного минерала (гипса или ангидрида), обычно с некоторой примесью кварца, карбонатов, глинистого материала, реже битуминозных веществ, пирита и др. Обычно в земной коре залежи гипса и ангидрида встречаются совместно.
Гипс относиться к классу сульфатов и представляет собой двуводный сульфат кальция (СaSO42H2O). Химический состав чистого гипса, % по массе: СаО - 32,6; SО3 – 46,5; Н20 – 20,9. Кроме кристаллизационной воды, гипс имеет гигроскопическую влагу находящуюся на поверхности гипсового камня и в его порах. Кристаллизуется гипс в моноклинной сингонии, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Кристаллы обладают весьма совершенной спайностью по плоскости симметрии, по которой они раскалываются на гладкие блестящие пластинки, в других направлениях спайность менее совершенная.
Гипс по условиям тепловой обработки, скорости схватывания и твердения делят на 2 группы: низкообжиговые и высокообжиговые.
Низкообжиговые вяжущие быстро схватываются и твердеют; состоят они главным образом из полуводного гипса, полученного тепловой обработкой гипсового камня при t 383-4530С. К ним относятся строительный (алебастр) формовочный высокопрочный (технический) и медицинский гипс, а также гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов.
Высокообжиговые медленно схватываются и твердеют, состоят преимущественно из безводного сульфата кальция, полученного обжигом при температуре 873-1173К. К ним относятся ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент), высокообжиговый гипс (эстрих- гипс) и отделочный гипсовый цемент.
Гипсовые вяжущие (ГОСТ 125-79, СТСЭВ 826-77) получают термической обработкой гипсового сырья до полугидрата сульфата кальция. Применяют для изготовления строительных изделий всех видов и при производстве строительных работ.
Марку гипсовых вяжущих от Г-2 до Г-25 характеризуют, по прочности при сжатии соответствующих марок меняется в пределах 2….25МПа, а при изгибе 1,2….8МПА.
В зависимости от сроков схватывания различают вяжущие быстротвердеющие (А), нормальнотвердеющие (В), с началом схватывания соответственно не ранее 2, 6 и 20 мин и концом не позднее 15, 30.
В зависимости от степени помола различают вяжущие грубого (I), среднего (II), тонкого помола (III) с максимальным остатком на сите с размером ячеек 02 мм, соответственно не более 23,14 и 2%.
Марки гипса Г-2….Г-7, всех сроков твердения и степеней помола предназначены для изготовления гипсовых строительных изделий всех видов.
7
2.Описание и назначение
2.1 Выбор и обоснование
Вяжущие марок Г-2—Г-7 применяют для изготовления панелей и плит перегородок, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, стеновых камней, архитектурно-декоративных изделий, вентиляционных коробов, штукатурных и шпаклевочных смесей и других целей. Вяжущие марок Г-5—Г-7 применяют для отливки моделей, капов и форм в фарфорофаянсовой, керамической, автомобильной, авиационной промышленности и машиностроении.
Высокопрочное гипсовое вяжущее — супергипс получают путем тепловой обработки гипсового камня первого сорта (ГОСТ 4013—82), смешанного с модификатором — фталевым или малеиновым ангидритом, в среде насыщенного водяного пара под давлением. Особенность технологии супергипса — использование мелкой фракции (0,1—10 мм) гипсового камня любой кристаллической структуры. Супергипс широко применяется в стоматологии и ювелирном производстве.
Эстрихгипс — продукт, получаемый обжигом двуводного гипса или ангидрита в шахтных или вращающихся печах при 900—1000 °С с последующим измельчением. Он состоит в основном из безводного сернокислого кальция и небольшого количества ускорителя твердения — оксида кальция, образующегося в результате термического разложения сульфата или карбоната кальция в обжигаемом материале.
Эстрихгипс применяют для изготовления бесшовных полов и подготовок под линолеум, в растворах для кирпичной кладки и штукатурки, при изготовлении изделий из искусственного мрамора, при производстве обычных и специальных цементов.
Строительный гипс – воздушное вяжущее вещество. Его нельзя использовать для сооружений, находящихся в воде, так как в ней растворяется образующийся при твердении двуводный гипс и разрушается кристаллический сросток. При последующем высушивании гипса прочность его снова восстанавливается. Причиной малой водостойкости гипсовых изделий является и расклеивающее действие водных пленок, разъединяющих отдельные элементы кристаллической структуры затвердевшего гипса. Гипсовые изделия, защищенные от действия атмосферных осадков и сырости, долговечны. Для прочности и водостойкости строительного гипса можно добавлять к нему смесь декстрина и растворимого стекла. Повышает водостойкость и добавка к гипсу небольших количеств сульфитно-спиртовой барды и ее производных, а также ряда гидрофобных органических веществ (олеиновая кислота, мылонафт, и др.). Положительное влияние на водостойкость гипса оказывает добавка молотого гранулированного доменного шлака, извести, смеси извести или цемента с гидравлическими добавками, глины и других материалов. Повышает водостойкость и введение в гипсовый порошок кремнийорганических соединений или пропитка ими гипсовых изделий.
Строительный гипс применяется главным образом для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий, применяемых для внутренней части зданий (сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей и ряда других), а также для изготовления известково-гипсовых штукатурных растворов для внутренних стен зданий.
В известково-гипсовых штукатурных растворах на одну объемную часть гипса берут от одной до пяти объемных частей известкового теста, которое замедляет схватывание и увеличивает пластичность раствора. Для уменьшения расхода вяжущего и во избежание вызываемого известью растрескивания к смеси гипса и извести добавляют до трех объемных частей песка или другого заполнителя (шлака, пемзы, опилок и т.п.). Вводить чрезмерное большое количество заполнителей не рекомендуется, так как строительный гипс плохо сцепляется с наполнителями. Что понижает прочность изделий и, кроме того, в случае применения тяжелых заполнителей увеличивает их вес. Строительный гипс модно применять для штукатурки и без добавок извести, однако тогда необходимо вводить замедлители схватывания.
Известково-гипсовые растворы отличаются от известковых более быстрым твердением и большей прочностью, а от гипсовых – большей пластичностью и более медленным схватыванием.
По заданию курсового проекта выбираем технологическую схему производства строительного гипса.
2.2 Описание технологической схемы производства
Рис1. Технологическая линия для приготовления гипса
- Приемный бункер; 2- пластинчатый питатель; 3- дробильное отделение; 4- элеватор для щебня; 5- расходный бункер; 6- дисковый питатель; 7- шахтная мельница; 8- сдвоенный циклон; 9- батарейный циклон; 10- вентилятор; 11- рукавный фильтр (всасывающий); 12- вентилятор для удаления очищенного воздуха; 13,28 – транспортные шнеки; 14- калориферная установка; 15- рукавный фильтр; 16- камера пылеосаждения; 17 –калориферная установка; 18- шнек для осажденной муки; 19 – пароотвод; 20- гипсоварочный котел; 21- бункер для угля; 22- топка гипсоварочного котла; 23- бункер для сырой гипсовой муки; 24- шнековые питатели; 25- бункер томления; 26- разгрузочный шнек; 27- элеватор для готового гипса; 29- склад готового гипса
В соответствии с технологической схемой (рис.1) используется гипсовый камень в кусках размером 300...500 мм, который подвергается первичному дроблению в щековых дробилках до размера кусков 30...50 мм и вторичному - до размера частиц 0... 15 мм - в молотковых. Возможно одностадийное дробление в молотковых дробилках до частиц размером 0. ..25 мм.
Из приемного бункера гипсовый камень подается пластинчатым питателем в дробильное отделение, где попадает в щековую, а затем в молотковую дробилку. Из дробильного отделения гипсовый щебень транспорт тируется элеватором в бункер, снабженной реечным затвором, через который дисковым питателем подается в шахтную мельницу. При помоле материал одновременно подсушивается горячими газами, отходящими от гипсоварочного котла. Из шахтной мельницы гипсовая мука переносится потоком газов. в сепарирующую установку, состоящую из сдвоенного циклона и всасывающего рукавного фильтра с вентилятором. Вентилятор выбрасывает обеспыленный воздух в атмосферу. Шнеки собирают осажденную муку и подают ее в бункер, откуда шнековый питатель подает ее в гипсоварочный котел. В последний горячий газ поступает от топки, топливо в которую подается из бункера. Прошедший тепловую обработку готовый (полуводный) гипс самотеком направляется в бункер томления, выдерживается некоторое время, а затем разгрузочным шнеком, элеватором и транспортным шнеком подается на склад готового гипса.
Пар, образующийся при варке гипса, отводится по пароотводу в пылеосадительную камеру и далее на окончательную очистку в рукавный фильтр. Осажденная мука подается на шнек, возвращающий ее в бункер котла.
2.3 Описание заданного
Существует несколько способов измельчения материала, которые отличаются видом энергии, превращаемой в работу измельчения, к ним относятся: механический, пневматический, электрогидравлический, электроискровой импульсный, электротермический, аэродинамический, ультразвуковой.
Наибольшее распространение в производстве строительных материалов получили: механический способ измельчения, который используется в дробилках и мельницах, и аэродинамический, используемый в струйных мельницах.
Существенным отличием дробилок от мельниц, в которых осуществляется механический способ измельчения, является то, что в дробилках между рабочими органами всегда имеется зазор, заполняемый измельчаемым материалом (щековые, конусные, валковые, роторные дробилки) при работе и остающийся свободным на холостом ходу; в мельницах на холостом ходу или в статике рабочие органы соприкасаются друг с другом (шаровые, стержневые, тарельчато-валковые, вибрационные и другие) и отделяются друг от друга слоем измельчаемого материала в процессе работы.
Дробилки применяют для получения кусковых материалов, например, щебня, либо в качестве первой стадии измельчения для последующего помола в мельницах.
В зависимости от конструктивных особенностей и характера процесса измельчения дробилки подразделяются на щековые, конусные, ударного действия.
Рассмотрим особенности процесса измельчения и взаимодействия рабочих органов дробилок с измельчаемым материалом в указанных дробилках.
Дробление в щековых дробилках - в зависимости от характера движения подвижной щеки, щековые дробилки подразделяются на две большие группы: на щековые дробилки с простым (рис. 2, а) и щековые дробилки со сложным движением (рис.2 , б) подвижной щеки.
У щековых дробилок камера дробления в поперечном сечении имеет клиновидный профиль большим основанием В (рис.2.) направленный вверх, а меньшим b вниз.
Рис. 2. Схемы щековых дробилок:
а) - щековая дробилка с простым движением щеки; б) - щековая дробилка со сложным движением щеки; /, // - крайние положения подвижных щек; 1 - неподвижная щека; 2 - подвижная щека; 3 - ось подвеса щеки; 4 - эксцентриковый вал.
Отличительной особенностью щековых дробилок с простым движением щеки является то, что подвижная щека 2 совершает качательные движения относительно оси 3 подвеса. При этом каждая точка, принадлежащая поверхности подвижной щеки 2, перемещается по дуге. Вверху рабочей камеры на уровне верхней части неподвижной щеки 1 (рис. 3.4, а) точка А при движении подвижной щеки 2 из положения / в положение // (точка А по горизонтали перемещается на величину 0.1S, а по вертикали на 0.01S, в нижней точка С, соответственно, на S и 0,3S. Из этого следует, что в процессе дробления преобладают раздавливающие нагрузки (около 80 %) и только 20 % составляют истирающие нагрузки.
В связи с этим щековые дробилки с простым движением подвижной щеки преимущественно используют на первой стадии дробления для измельчения крупных кусков горных пород с пределом прочности на сжатие более 250 МПа.
У щековых дробилок со сложным движением подвижная щека 2 (рис. 2, б) подвешена на эксцентриковом валу 4. При вращении эксцентрикового вала 4 каждая точка, принадлежащая поверхности подвижной щеки 2, за один полный цикл совершает движение по замкнутой эллиптической траектории.
В верхней части рабочей камеры точка А на поверхности подвижной щеки 2 в горизонтальном направлении перемещается на величину 1.5S, а в вертикальном на величину 2,5S, в нижней части точка С, соответственно, на величину S и 3S. Таким образом, в этой дробилке преобладают истирающие нагрузки, которые в 2,5-3 раза больше, чем раздавливающие. Дробилки со сложным движением подвижной щеки устанавливают на последующих стадиях дробления.
Процесс измельчения в щековых дробилках осуществляется при сближении щек, переходе подвижной щеки из положения / в положение //, а при возвращении подвижной щеки из положения // в положение / совершается холостой ход, осуществляется разгрузка рабочей камеры дробилки. Наличие холостого хода у щековых дробилок является главным их недостатком, в результате чего производительность дробилок снижается вдвое и вдвое возрастает удельный расход энергии.
Основными кинематическими параметрами, характеризующими процесс дробления в щековой дробилке, являются угол а захвата, частота вращения п приводного вала и ход S подвижной щеки.
3. Расчет материального баланса и количество основных аппаратов
Таблица №1
Материальный баланс на производство строительного гипса
№ п.п. |
Технологическая операция |
Приход материала, кг |
Потери, % |
Расход материала, кг |
1 |
Транспортирование готовой продукции на склад |
1030 |
3 |
1000 |
2 |
Гипсоварочный котел |
1060,9 |
3 |
1030 |
3 |
Транспортирование до гисоварочного котла |
1082,1 |
2 |
1060,9 |
4 |
Помол в шахтной мельнице |
1125,4 |
4 |
1082,1 |
5 |
Перемещение до шахтной мельницы |
1147,9 |
2 |
1125,4 |
6 |
Дробление |
1205,3 |
5 |
1147,9 |
7 |
Транспортирование на дробление |
1241,6 |
3 |
1205,3 |
Исходя из выше приведенного расчета, можно сделать вывод, что для производства 1000 кг строительного гипса необходимо 1241,6 кг природного гипса.
Расчёт необходимого количества установок
Пгод = 150 000 т/ год
Пгодфакт = Пгод +Пот = 150 000 + 5% = 157500 т / год
Псут = Пгодфакт / N = 157500 / 247 = 637,7 т / сутки
N – количество рабочих суток в году (при 2х сменной работе – 247 или 250 рабочих дня – из производственного календаря; при 3х сменной работе -365 дней)
Псм = Псут / Т = 637,7 / 2 = 318,8 т / смену
Т – количество смен в сутки (2 или 3 смены)
Пчас = Псм / М = 318,8 / 8 = 39,9 т / час
М – количество часов в смену (8 часов)
У = Пчас / Пустсправочн = ровное число,
У=39,9/28=1,4
при 1,4 соответственно количество установок принимаем равное 2.
Проценты потерь при расчёте материального баланса
Транспортирование материала:
Пневмотрансорт – 1-2%;
Ленточный, пластинчатый транспортёры и т.п. – 2-4%;
Готовых изделий – 1%
Измельчения:
Дробление – 4-6%;
Помол – 3-6%.
Тепловая обработка:
Гипсоварочный котел-2-5%
4.
Контроль и возможности
Современные предприятия гипсовой промышленности, как правило, высоко механизированы. Широкое применение на заводах транспортеров, элеваторов, шнеков, мелющих и других механизмов, образующих связанные транспортные системы значительной протяженности, вызывает необходимость соблюдения определенной последовательности включения и выключения отдельных механизмов. Это требует автоматизации производства.
При производстве гипса и изделий из него неблагоприятные условия труда чаще всего обусловливаются повышенной конструкцией 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, лестниц, приямков и т.д.
Для борьбы с пылью необходимо все технологическое и транспортное оборудование, в котором образуется пыль, заключать в герметические сплошные металлические 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 других агрегатов надо присоединять к пылеосадительной системе для улавливания пыли. Очищать дымовые газы и 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. Допустимая концентрация пыли и токсических газов в воздухе помещений не должна превышать (мг/м3)
Для улучшения санитарных условий работы на гипсовых и других заводах вяжущих веществ особое значение имеют замена механического транспорта пневматическим, 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, также о неполадках на отдельных технологических переделах, могущих вызвать аварии. Все токопроводящие части должны быть изолированы, а металлические части механизмов и аппаратов заземлены на случай повреждения изоляции.
Создание безопасных условий труда должно обеспечиваться также дальнейшим совершенствованием технологии, полной механизацией и автоматизацией всех производственных процессов.
На заводах вяжущих веществ, в том числе и гипсовых, применяют: автоматический контроль технологических параметров централизованное дистанционное управление электроприводами основных и вспомогательных механизмов, а также переключающими и регулирующими устройствами автоматическое регулирование работы отдельных технологических установок и линий.
В настоящее время при изготовлении полуводного гипса осуществляется автоматическое управление работой дробилок, заполнением бункеров гипсовым щебнем, шахтных и других мельниц для помола двуводного гипса, обжигом гипса в варочном котле или вращающейся печи и др.
Схема автоматизации работы периодически действующего варочного котла предусматривает автоматическое отключение винтовых конвейеров для подачи порошка двуводного гипса в котел в тот момент, когда в нем достигнут установленный верхний уровень материала. Это обеспечивается с помощью индикатора уровня соответствующих реле, воздействующих на подачу тока к электродвигателям. В дальнейшем, при достижении заданной температуры с включением соответствующих электродвигателей открываются выпускные затворы варочного котла, и продукт выпускается в бункер выдерживания. После выпуска гипса индикатор нижнего уровня включает соответствующие затворы.
5. Техника безопасности и охрана окружающей среды
Для создания безопасных условий труда на предприятиях гипсовой промышленности основное внимание должно быть уделено выбору таких методов выполнения технологического процесса, при которых была бы исключена возможность производственного травматизма, профессиональных отравлений, аварий, пожаров и взрывов.
При проектировании, строительстве и эксплуатации предприятий по производству гипсовых вяжущих следует руководствоваться «Санитарными нормами промышленных предприятий» и «Правилами по технике безопасности в гипсовой промышленности».
На предприятиях по производству гипса и изделий из него неблагоприятные условия труда создаются из-за следующих причин:
а) недостаточной тепловой изоляции печей, варочных котлов, сушильных барабанов, а также выбиванием дымовых газов в помещение, где находится обслуживающий персонал, что может привести к ожогам и отравлению;
б) повышенной концентрации пыли и влаги в воздухе помещений;
в) ненадежного ограждения вращающихся частей отдельных аппаратов и механизмов, а также лестниц, приямков и т. д.
Для борьбы с повышенной против предельно допустимой концентрации (ПДК) пыли и газов необходимо технологическое и транспортное оборудование, в котором образуется пыль и выделяются газы, заключить в герметические сплошные металлические кожухи с плотно закрываемыми смотровыми, ремонтными люками и другими отверстиями. Непосредственно в местах и точках повышенного газо-, пылевыделения помимо общей вентиляции необходимо устраивать местную аспирацию для отвода пыли и газов.
Заключение
В ходе данного курсового проекта было произведено проектирование и подбор необходимого количества технологического оборудования, а именно щековой дробилки для производства строительного гипса. Исходя из годовой производительности П = 150 000 т /год было рассчитано и подобрано из справочной литературы 2 щековые дробилки с часовой производительностью 28 т/ч. В работе были рассмотрены различные технологии производства строительного гипса. Произведены все необходимые технологические расчеты.
Список используемой литературы.
- Строительные машины. Справочник. В 2-х томах под ред.д.т.н. В.Б.Баумана и инж. Ф.А.Лапира. Т.2 Оборудование для производства строительных материалов и изделий. Изд.2-е, перераб. И доп.М., «Машиностроение» 1977
- Строительные материалы: Справочник/А.С. Болдырев, П.П.Золотов и др. под ред.А.С. Болдырева.-М.: Стройиздат, 1989.-567 с.: ил.
Справочник. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Под общей редакцией профессора, д.т. н. А. В. Ферронской'-М., Ассоциации строительных вузов, 2004
