Процессы и аппараты технологии строительных изделий

                   Министерство образования Российской Федерации

Новосибирский Государственный

Архитектурно - Строительный Университет

(Сибстрин)

 

 

 

Кафедра строительных машин,

автоматики и электротехники

 

 

 

 

Курсовой проект

“Процессы и аппараты технологии строительных изделий”

 

 

 

 

 

                                                                                Выполнил: студент 362 гр.

Юрченко К.А

Проверил: Богаченков А.Г

 

 

 

 

Новосибирск- 2011

               

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

к курсовой работе  по процессам и аппаратам

 

 

КР-ПСМИК-2011-ПЗ.Р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

                 

1.Описание технологического процесса..................................................4-5

2. Структурно – математическое описание ДСЛ......................................6

        2.1 Определение фракционного и качественного составов

         материальных  потоков   ………………………… .....................................7          

2.2 Математическое описание...................................................................7-8

3. Расчет стадии предварительного  грохочения......................................9-10

4. Выбор и расчет дробильного  оборудования..........................................11

4.1 Расчет 1 –ой стадии измельчения.....................................................11-15

4.2 Расчет 2 - ой  стадии измельчения....................................................15-20

5. Выбор и расчет сортируемого  оборудования........................................23

5.1 Выбор  двухситового грохота№1...........................................................23

5.2 Выбор двухситового грохота№2............................................................24

5.3 Выбор 2-ого двухситового  грохота.......................................................26

6. Определение эффективности грохочения.........................................28-29

7. Определение степени  измельчения....................................................30-32

8. Технологические рекомендации  по эксплуатации...............................33

 Список используемой литературы............................................................34  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического процесса:

 

   Измельчение – процесс последовательного уменьшения размеров кусков твердого материала от первоначальной (исходной) крупности до требуемой. В некоторых случаях этот процесс является подготовительным, и получаемый продукт направляется на дальнейшую переработку, как, например, при производстве цемента.

   В других случаях, например при производстве щебня, в результате измельчения получается товарный продукт, т.е. процесс измельчения имеет самостоятельное значение.

   В зависимости от конечной крупности кусков (мм) материала различают следующие основные виды измельчения:

                    Дробление:

                              крупное                                  100-350

                              среднее                                     40-100

                               мелкое                                       5-40

                   Помол:

                              грубый                                        5-0,1

                              тонкий                                    0,1-0,05

                              сверхтонкий                      менее 0,05

  Основным сырьем при производстве различных строительных материалов являются горные породы.

   При создании или выборе оборудования по переработке этих пород необходимо учитывать их основные физико-механические свойства: прочность, хрупкость, абразивность, крупность и др.

   В машине, предназначенной для измельчения материалов, в зависимости от ее назначения и принципа действия могут использоваться следующие нагрузки: раздавливание (рис.1а), удар (рис.1б), раскалывание (рис.1в), излом (рис.1г), истирание (рис.1д).

 

 

 

Рисунок.1а               Рисунок.1б       Рисунок.1в        Рисунок.1г        Рисунок.1д

 

 

 

 

 

   По принципу действия различают дробилки: щековые, в которых материал дробится под действием раздавливания, раскалывания, частичного истирания в пространстве между двумя щеками при их периодическом сближении; конусные, в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающиеся навстречу друг другу. Нередко валки вращаются с разной частотой  и тогда раздавливание материала сочетается с его истиранием; ударное действие которых в свою очередь подразделяют на молотковые и роторные.

   В молотковых дробилках материал измельчается в основном ударами шарнирно – подвешенных молотков, а так же истиранием. В роторных дробилках дробление достигается ударами по материалу, жестко закрепленных на роторе бил, ударами материала об отражательные плиты и его ударяемых кусков материала.

   Некоторые машины для измельчения (бегуны и дизектеграторы) можно отнести к дробилкам и к мельницам, так как  их применяют и для грубого помола и для мелкого дробления.

   Зерновой состав продукта измельчение определяют рассевом пробы на наборе сит  с круглыми  отверстиями. Рассев происходит на грохотах.

   В зависимости от размеров и плотности сортируемых материалов различают легкие, средние, тяжелые грохоты.

   Легкие грохоты применяют в основном в угольной промышленности, средние и тяжелые грохоты – в промышленности строительных материалов.

   Наибольшее распространение получили инерционные наклонные  грохоты с круглыми колебаниями и инерционные горизонтальные грохоты с направленными  колебаниями.

   Грохоты  с круговыми колебаниями содержит в своей средней части вибратор, вал вибратора опирается на два роликоподшипника, которые прикреплены к коробу (Рис.2а). На  концах вала симметрично установлены дибалансы.

   Центробежные силы инерции, возникающие при вращении дибалансов, вызывают круговые или близкие к ним колебательные движения короба грохота. Амплитуда этих колебаний зависит от сил инерции, характеристики амортизаторов и нагрузки на грохот.

   Инерционные горизонтальные грохоты среднего типа предназначены для окончательного грохочения (Рис.2б). Эти грохоты по конструктивному исполнению сложнее, чем грохоты с круговыми колебаниями. Однако в этих грохотах возможно установить просеивающую поверхность грохота горизонтально по высоте. Устанавливают такие грохоты на передвижных дробильно-сортировочных линиях, а так же в местах, где высота ограничена.[2]

 

 

 

 

 

 

 

2. Структорно - математическое описание ДСЛ:

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Фракционный и качественный состав

 материальных потоков:

 

Q_час=V(0-50) мм

V₁  = V(0-b_к) мм                             - недробленая горная масса

V₂  = V(b_к- 50) мм                  

 

  

V₃= V (0-d_max1) мм           -продукт дробления I стадии       

 

                                                                        продукт                      

       V₄= V (20-d_max1) мм                    -продукт дробления I стадии +                                                                                                                                                                                                          

V₅= V (5-20) мм                          недробленая   горная масса             

V₆= V (0-5) мм          

 

 

        V₇= V (0-d_max2) мм                

        V₈= V (20-d_max2) мм                      - продукт дробления I I стадии

V₉= V (5-20) мм                                   

V₁₀= V (0- 5) мм                                                         

 

 

V₁₁= V (10 - 20) мм                    - продукт дробления I, I I стадии +

V₁₂= V (5- 20) мм                          недробленая  горная масса       

                                                

         где   d_maxi – максимальный размер кусков, выходящих из дробилки i – й стадии измельчения (определяется после окончательного выбора типо-размера аппаратов измельчения i стадии), мм b_к –ширина щели колосникового грохота

 

 

2.2. Математическое описание:

 

Общее количество материальных потоков, включая поток часовой производительности:    n_V=13.

Уравнение для  расчета объемов:

Q_час= V₁+ V₂                                                 (2.1)                                                            (2.2)

                                         

                                          V₂= V₃                                                               (2.3)    V₄ =V₁ +V₃ –V₆ –V₅                                                              (2.4)

(2.5)                         (2.6)                                     (2.7)

(2.8)

V₇=V₄+V₈                                                                                              (2.9)

 V₇=V₉+V₈+V₁₀                                                        (2.10)

                                      V₄=V₁₀+V₉                                                            (2.11)

                                        V₁₁=V₉+V₅-V₁₂                                                      (2.12)

       (2.13)

 

Из уравнений (2.7), (2.8), (2.11) выразим и найдем V₇,

           

                      (2.14)

  

                                           

где   J_0-bк,  J_0-d1, J_d1-d3, J_{d1 – d2} – процентное содержание соответствующих фракций горной массы, %

J'_{0- d1}, J'_{d1- d3}, J'_{d1 – d2}, J"_{0- d1}, J"_{d1- d3} , J"_{d1- d2} - соответственно процентное содержание соответствующих фракций продукта дробления I, II стадий измельчения, %

 

 

 

 

3. Расчет стадии предварительного грохочения:

 

Гранулометрический состав исходной горной массы 

                                                                                        Таблица 3.1   

Фракция, мм	Относительная крупность Di/Dmax	Процентное  содержание      J,%	Средний размер, мм
0-50	0,1	8,5	25
50-100	0,2	60-45=15	75
100-150	0,3	72-60=12	125
150-200	0,4	80-72=8	175
200-250	0,5	85-80=5	225
250-300	0,6	89-85=4	275
300-350	0,7	93-89=4	325
350-400	0,8	96-93=3	375
400-450	0,9	98-96=2	425
450-500	1,0	100-98=2	475

 

Размер средневзвешенного  куска горной массы:

 

                                          D_срв=∑(D_срj∙ J_i/100)                                           (3.1)

 

D_срв=116 мм

 

Типоразмер колосникового грохота выбирается по значению максималь-ного куска (D_max) поступающего на предварительное грохочение.

D_max=500 мм.

Принимаем грохот ГИТ-32    D_max=750 мм

 

         Техническая характеристика грохота  ГИТ-52               Таблица 3.2                                                            

Наименование  параметра	ГИТ-32
Вид грохота	Наклонный
Вид колебаний	Круговые
Вид просеивающей поверхности	Колосники
Число ярусов	1
Размер ячеек, мм	bк=50-250
Размеры просеивающей поверхности, мм:
ширина	1250
длина	2500
Площадь, м2	3,125
Угол наклона, рад	0-30
Наибольшая крупность  материала, мм	750
Мощность эл/двигателя, кВт	10,0
Масса, т	3,22

 

 

Ширину щели между  колосниками (b_к) определяют из следующих условий:

D_max=250 мм, d₃=40 мм

b_к=(50-250) мм                              b_к=(50-250) мм

b_к≈ (0,1-0,3)∙ D_max мм        =>    b_к=(50-150) мм                                 (3.2)

b_к≈(2,0-4,0)∙d₃ мм                        b_к=(80-160) мм

J_0-bк=(20-50)%

 
        J_0-60= 48.5%

Принимаем b_к=100 мм

E_к=90%

E=90%

Определяем материальные потоки горной массы:

 

 м³/ч

 

       V₂= Q _час- V₁=50-22=28 м³/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор и расчет дробильного оборудования:

 

4.1   I Стадия измельчения:

 

Выбор типоразмера дробилки осуществляется по значению максималь-ного размера куска в потоках, поступающих на измельчение.

 

                                                        D_max≤D_{max др.}                                         (4.1)

                                                                                                        

Рассмотрим дробилку КРД 700/75

                         Техническая характеристика КРД 700/75

              Таблица 4.1 

Параметры	КРД 700/75
Ширина приемного отверстия  В, мм	700
Наибольшая крупность  исходного материала Dmax, мм	550
Диаметр основания дробящего  конуса Dk, мм	1100
Эксцентриситет дробящего конуса в плоскости разгрузочного отверстия, мм	22
Углы наклона  к  вертикали образующих конусов β1 и β2, град	9 и 17
Частота вращения эксцентрикового  вала n, с-1	2.33
Мощность эл/двигателя Nдр, кВт	250
Масса без комплектующих  частей Mдр, т	145

                                   

Q_к=(7200*k_н*k_и*π*D_к*n*r*(b+r))/tgβ₁+tgβ₂      (4.2)

                                                   

 

где  Q_i – производительность при заданной ширине щели, м³/ч

        k_н – коэффициент учитывающий прохождение материала без измельчения

      

     

 

        k_н=1,1

        k_и – коэффициент измельчения

        k_и=0,3

        n– частота вращения эксцентрикового вала, с^-1, 1/с

        D_к – диаметр основания подвижного конуса, м

        l(п) -  длина зоны параллельности,м

        е-  диапазон  регулирования ширины разгрузочного отверстия в фазе              сближения,м

Q= (7200*1,1*0,3*3,14*1.1*2.33*0,22*(0,075+0.022))/0.16+0.31=86.8 м³/ч

      

 

Требуемое количество дробилок для  рассчитываемой стадии измельчения, шт

 

                                                                            (4.3)         

 

где     V_ij – объем материального потока, поступающего на i-ую стадию измельчения, м³/ч

           Q_ij – производительность дробилки  i-ой  стадии измельчения, м³/ч

           Z_дрij – требуемое количество дробилок, шт

 

 Z_дрij=V₂/ Q_ij

 

Z_др=28 /86.2 =0,32 => Z_п=1шт

 

Р.З. – рабочая загрузка дробилки, %

 

 

                                                             (4.4)

 

РЗ=0,32/1∙100=32%

J'_5-20= J'_0-20 - J'_0-5

J'_0-20=f(20/75)=0.26=27%

V_гп =27*28/100=7,56  м³/ч

N_y=250∙1/ 28= 8,9кВт.ч/м³ 

       М_y=145*1/ 28=5,17 т.ч./м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим дробилку ЩДС-11 6×9 (СМД-110А):

 

Техническая характеристика ЩДС –  СМД-109А                Таблица 4.2

Параметры	ЩДС – СМД-110А
Размеры приемного отверстия, мм:
Ширина	600
Длина	900
Наибольшая крупность  исходного материала  [Dmax], мм	500
Номинальная ширина разгрузочной щели в фазе раскрытия, мм  [b]	100
Диапазон регулирования разгрузочной щели, мм	+30                     -25
Угол захвата α, град	19
Частота вращения эксцентрикового  вала, п 1/с	4.58
Мощность эл/двигателя Nдр, мм	75
Масса без эл/двигателя  Мдр, т	19,40

 

                             (4.8)

 

где       Q_j – производительность при заданной ширине щели, м³/ч

             k_и – коэффициент, учитывающий прохождение материала без измельчения

             k_и=1,1

             k_н – коэффициент измельчения

             k_н=0,5

             n – число качаний щеки, 1/с

             L – длина приемного отверстия,  м 

             b – max ширина разгрузочного отверстия, м

             В – ширина приемного отверстия,  м

             S_ср – среднее значение хода подвижной щеки, м

             α  -  угол захвата, град

                                 S_срij=0,0035+0,05∙ b+0,02∙В                                         (4.9)

 

  b=100 мм

S=0,0035+0,05∙ 0,1+0,02∙0,6=0,1285                                        

Q_щ =1800∙0,5∙1,1∙0,1285∙0,9∙4,58∙(0,4+0,1)∙0,1/(0,6∙tg19⁰)=173,7 м³/ч

Z_др =28 /173,7=0,16  →  Z_др =1 шт

Р.З.=0,16∙100/1=16%

J'_0-5(5/100=0,05)=4%

J'_0-20(20/100=0,2)=13%

J'_5-20=13-4=9%

V_гп =9∙28 /100=2,52 м³/ч

N_y=75*1/ 28 = 2,68кВт.ч/м³ 

       М_y=19,4*1/28 =0,7 т.ч./м³

           b=130 мм

S=0,0035+0,05∙ 0,13+0,05∙0,6=0,04м

Q_щ =1800∙0,5∙1,1∙0,04∙0,9∙4,58∙(0,6+0,13)∙0,13/(0,6∙tg19⁰)=73,81 м³/ч

Z_др =28 /73,81=0,38  →  Z_др =1 шт

Р.З.=0,38∙100/1=38%

J'_0-5(5/130=0,04)=3%

J'_0-20(20/130=0,15)=9%

J'_5-20=9-3=6%

V_гп =6*28/100=1,68  м³/ч

N_y=75∙1/ 28= 2,68кВт.ч/м³ 

       М_y=19,4∙1/ 28=0,7 т.ч./м³

 

        

 b=85 мм

S=0,0035+0,05∙ 0,085+0,02∙0,6=0,01975м

Q_щ =1800∙0,5∙1,1∙0,01975∙0,9∙4,58∙(0,6+0,085)∙0,085/(0,6∙tg19⁰)=22,3 м³/ч

Z_др =28 /22,3=1,26  →  Z_др =2шт

Р.З.=1,26∙100/2=63%

J'_0-5(5/85=0,06)=5%

J'_0-20(20/85=0,24)=16%

J'_5-20=16-5=11%

       V_гп =11*28/100=3,08  м³/ч

       N_y=75∙2/ 28= 5,35кВт.ч/м³ 

       М_y=19,4*2/ 28=1,38 т.ч./м³

 

 

Условие выбора оптимального значения  b_опт:

1. Число дробилок должно быть загружено наиболее полно (85-90%), перезагрузка допускается до 5%, недогрузка допускается до 50% .

2. Объем материала поступающего на дробление (возврат) должен быть наименьшим(V_Bi=min).

3.Объем фракций готовой продукции, отделенной на i-ой  стадии измельчения должен быть наибольшим (V_г.п=max).

           Для определения оптимального значения ширины разгрузочной щели b_опт построим графические зависимости числа дробилок Z_др, объёма фракций готового продукта V_гп от ширины разгрузочной щели:

          

                                              

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Принимаем b_опт=100 мм.

Сводная таблица №1                      

 

Типоразмер дробилки	bопт	Zдр	Vi	Vг.п	Nyi	Мyi
КРД-700/75	75	1	28	7,56	8,9	5,17
ЩДС-11 6×9 (СМД-110А)	100	1	28	2,52	2,68	0,7

 

Вывод: Окончательно принимаем конусную дробилку ЩДС-11 6×9 (СМД-110А), так как она наиболее полно удовлетворяет требованиям по побору дробильного оборудования. 

 

 

 

4.2 ІІ стадия измельчения:

 

                                                   J_J=f(d_i/b)                                                  (4.10)

                                               d_max1= b_опт∙a_k                                                (4.11)

где   относительная крупность кусков материала определяется по таблице выбранного типоразмера дробилки.

 

                                       b (или е)=(0,8...1,25) ∙d₃                                     (4.12)

где  b, е -  ширина разгрузочной щели при максимальном удалении и  сближении рабочих поверхностей камеры дробления, мм;d₃ – верхняя граница фракции готового продукта, мм

 

b (или е)=(0,8...1,25) ∙40=32...50  мм

d_max1=100*1,9=190мм

 м³/ч

 

 м³/ч

 

 V₄=28+22-1,2-10,53=38,27 м³/ч

 

          Рассмотрим конусную дробилку среднего дробления  КСД  1750 (ГР): 

 

Техническая характеристика КСД  1200(ГР):                 Таблица 4.5

Параметры	КСД 1750(ГР)
Диаметр основания  дробящего  конуса Dк, мм	1750
Ширина приемного отверстия  В, мм	250
Наибольшая крупность  исходного материала Dmax, мм	200
Диапазон регулирования  ширины разгрузочного отверстия  в фазе сближения (е), мм	25-60
Длина зоны параллельности Lп, мм	150
Частота вращения эксцентрикового  вала n, 1/с	4,3
Мощность эл/двигателя Nдр, кВт	160
Масса без комплектующих  частей Мдр, т	53

 

                                   Q_j=3600∙k_и∙k_н∙π∙L_п∙D_k∙n∙e                 (4.19)

где       Q_j – производительность при заданной ширине щели, м³/ч

             k_и – коэффициент, учитывающий прохождение материала без измельчения

             k_и=0,5

             k_н – коэффициент измельчения

             k_н=1,1

            n- частота вращения эксцентрикового вала, 1/с

             L_п – длина зоны параллельности, м

             D_k – диаметр основания подвижного конуса, м

              e – диапазон регулирования ширины разгрузочного

отверстия  в фазе сближения, м

 

                          Расчет дробилки КСД – 1750(ГР)                   

     e=25 мм

Q_ксд =3600∙0,5*1.1*3.14*1.75*0.15*4.3*0.025=174.5м³/ч

J"_0-5(5/25=0,2)=22%

J"_0-20(20/25=0.8)=74%

J"_5-20=74-22=52%

 м³/ч

      

       V_возв. = V₈ = V₇- V₄

       V₈=57,4-38,27=19,2/ч                                       

       V_гп =52*57,4/100=29,8 м³/ч

Z_др =57,4/174,5=0,33  →  Z_др =1 шт

Р.З.=0,33∙100/1=33%

 

  e=43 мм

Q_ксд =3600∙0,5*1.1*3.14*1.75*0.15*4.3*0.043=301,8м³/ч

J"_0-5(5/43=0,12)=13%

J"_0-20(20/43=0,5)=50%

J"_5-20=50-13=37%

 м³/ч

       V_возв. = V₈ = V₇- V₄

       V₈=85-38,27=46,8м³/ч                                       

V_гп =37∙85/100=31,5 м³/ч

Z_др =85/301,8=0,3→Z_др =1 шт

Р.З.=0,3∙100/1=30%

  

 

 

    e=60 мм

Q_ксд =3600∙0,5*1.1*3.14*1.75*0.15*4.3*0.06=421м³/ч

J"_0-5(5/60=0,08)=9%

J"_0-20(20/60=0,33)=35%

J"_5-20=35-9=26%

 м³/ч

 

 

 

 

V_возв. = V₈ = V₇- V₄

       V₈=121,5-38,27=83,2м³/ч                                       

       V_гп =26∙121,5/100=31,59 м³/ч

Z_др =121,5/421,5=0,28  →  Z_др =1 шт

Р.З.=0,28∙100/1=28%

   

Оптимального значения ширины разгрузочной щели e_опт составляет 43 мм, т.к. используется минимальное число дробилок Z_др, достигается наибольший объём готовой продукции V_гп и объём возврата V_в не сильно отличается от объёмов при другой разгрузочной щели.

 

Технические характеристики ЩДС-11 2,5х4(СМД-116)

Размеры приёмного отверстия, мм:
Длина (L)	400
Ширина (B)	250
Наибольшая крупность  исходного материала [Dmax], мм	210
Номинальная ширина разгрузочной щели в фазе раскрытия [b], мм	40
Диапазон регулирования  разгрузочной щели, мм	20
Угол захвата (α), град	16
Частота вращения эксцентрикового  вала (n), с-1	5,0
Мощность электродвигателя (Ngp), кВт	17
Масса без электродвигателя (Mgp), т	2,56
Габаритные размеры, м:
Длина	1,33
Ширина	1,25
Высота	1,435