Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчёт процесса дробления

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….

1 Разработка технологической схемы…………………………………………

1.1 Технология производства гипса……..…………………………...

1.2 Технологическая схема…………………………………………………

2 Составление структурных блок-схем по переделам………………………..

2.1 Структурная блок-схема системы “Помол”…………………………...

2.2 Структурная блок-схема системы “Сепарация”………………………

3 Расчет специальной части ………….……………………………………….

3.1 Расчет процесса сепарации……...……………………………………

3.2 Расчет батарейных циклонов...……………………………………….

4 Технико-экономические показатели………………………………………...

5 Техника безопасности и экология…………………………………………...

Заключение………………………………………………………………………

Список использованных источников…………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

Гипс занимает одно из ведущих мест среди строительных материалов. Это обусловлено большими запасами гипсового сырья, низкой энергоемкостью производства, технологичностью материалов и изделий на их основе, высокими эксплуатационными и эстетическими свойствами [1].

Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса. Изготовляют его путем тепловой обработки природного гипсового камня с последующим или предшествующим этой обработке размолом в тонкий порошок [1].

Заводы строительного гипса размещают как в близи месторождений гипсового сырья, так и на значительных расстояниях от них, что в каждом отдельном случае определяется на основе технико-экономических данных местных условий [1].

Производство строительного гипса из плотной гипсовой породы состоит из трех главных операций: дробление гипсового камня, помола и обжига материала.

Основные способы производства строительного гипса, применяемые в настоящее время, можно разделить на следующие три группы, характеризующиеся:

1) предварительной сушкой и измельчением сырья в порошок с последующей дегидратации гипса (обжиг гипса в гипсоварочных котлах);

2) совмещением операций сушки, помола и обжига двуводного гипса;

3) обжигом гипса в виде кусков различных размеров, измельчается же полугидрат в порошок после обжига [4].

В связи с большей плотностью кристаллов -полугидрата по сравнению с кристаллами -полугидрата первые медленнее гидратируются, о чем можно судить по меньшей их растворимости в воде и пониженному тепловыделению при гидратации. Затвердевший после затворения водой -полугидрат вследствие меньшей водопотребности и пониженной пористости обладает более высокой прочностью. При одинаковых водогипсовых отношениях обе модификации полугидрата сульфата кальция по прочности приближаются друг к другу. Гипсовые вяжущие изготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 125—79 (с изм.).

Марка вяжущего определяется пределом прочности при сжатии образцов (40X40X160 мм) в возрасте 2 ч, приготовленных из теста нормальной густоты (диаметр расплыва теста на приборе Суттарда 180±5 мм). Для марок вяжущего 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 при сжатии должен быть соответственно 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 13; 16; 19; 22; 25, а при изгибе 1,2; 1,8; 2; 2,5; 3; 3,5; 4,5; 5,5; 6; 6,5; 7; 8 МПа. [4].

По срокам схватывания (мин) различают следующие виды вяжущих: быстротвердеющее — начало не ранее 2, конец не позднее 15; нормально твердеющее — начало не ранее 6; конец не позднее 30; медленнотвердеющее — начало не ранее 20, конец не нормируется [4].

Вяжущие грубого, среднего и тонкого помолов характеризуются остатком на сите № 02 соответственно, % по массе, 23, 14 и 2. В зависимости от конкретной области применения гипсовых вяжущих к ним предъявляются дополнительные требования [4].

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 [4].

Гипс наряду с положительными техническими свойствами весьма хрупок, что особенно сказывается при использовании тонкостенных листовых материалов и изделий.

1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ БЛОК-СХЕМЫ

1.1 Технология производства гипса

На складе гипсовый камень находится в кусках и глыбах размером 300-500м, что вызывает необходимость его дробления.

Дробление осуществляется в молотковой дробилке, в которой куски гипсового камня дробятся до размеров 30-50мм.

Т.к. помол влажного двуводного гипса затруднителен, то эту операцию совмещаем с сушкой гипса. Эти процессы осуществляются в шахтной мельнице. Для подсушки гипса из топок варочных котлов через патрубки и боковые каналы в мельницу подают горячие газы с температурой 300-400.В этой мельнице из гипса удаляется и некоторая часть кристаллизационной воды.

Поток газов увлекает измельченный и подсушенный материал из камеры вверх шахты. Отсюда тонкие частицы вместе с газами поступают в пылеосадительные устройства.

После выхода из мельниц 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 заводах устанавливают многоступенчатые системы очистки.

На первой ступени – батарейные циклоны - группы параллельно соединенных циклонов малого диаметра.

На второй ступени используются циклоны. В циклоне взвешенные частицы пыли под действием центробежной силы отбрасывается на внутреннюю поверхность цилиндра и по ней соскальзывают в конечную часть – пылесборник.

Следующей ступенью очистки являются электрофильтры или рукавные фильтры. В них коэффициент очистки газа достигает 0,98-0,99%. С увеличением скорости газового потока коэффициент очистки значительно снижается.

Осажденный в системе пылеочистки гипсовый порошок поступает в бункер сырой муки, из которого направляется в гипсоварочный котел.

Варочный котел представляет собой вертикальный стальной барабан с разборным сферическим днищем, состоящим из чугунных сегментов. Разборное днище лучше выдерживает напряжения, возникающие при местном перегреве, а при износе отдельные его части легко заменяются новыми элементами.

Для перемешивания гипса в процессе варки котел снабжен мешалкой, состоящей из вертикального вала, лопастей и привода. Котел закрывают крышкой с патрубком и пароотводной трубой, через которую удаляются пары воды, образующиеся при варке гипса. Устанавливают котел вертикально и обмуровывают кирпичной кладкой. Чтобы обеспечить равномерный прогрев гипса и увеличить поверхность нагрева, в варочных котлах большой емкости устанавливают жаровые трубы. В этом случае топочные газы обогревают сначала днище, затем боковые поверхности котла в кольцевых каналах, далее проходят через котел по жаровым трубам и, наконец,

уходят в дымовую трубу. Часто газы из топок варочных котлов направляют в установки для совместной сушки и помола двуводного гипса, что способствует значительной экономии топлива. Загружают котел порошком двуводного гипса при помощи винтового конвейера, привод которого установлен на каркасе котла. Пары воды удаляются через трубу.

Обжигают гипс в котле следующим образом. После прогрева котла включают мешалку и начинают постепенно загружать его гипсовым порошком. Продолжительность процесса варки зависит от размеров котла, температуры и степени влажности и частичной дегидратации поступающего в него гипса. Обычно продолжительность варки колеблется от 1 до 3 ч, при этом в первые 20—30 мин гипс нагревается от температуры 60—70°С, которую он имел при загрузке в варочный котёл, до начала интенсивной его дегидратации, т. е. до 130—150° С. Далее температура материала почти не меняется вследствие интенсивного выделения и испарения кристаллизационной (гидратной) воды. В это время наблюдается как бы «кипение» гипсового порошка. После окончания дегидратации гипса начинается дальнейший подъем температуры, и по мере прекращения парообразования гипс оседает.

Нагревание материала с подъемом температуры до 170— 200° С может привести к обезвоживанию полуводного гипса до растворимого ангидрита и к ухудшению его качества. Выдержка гипса во время варки в течение 3—4 ч при 140— 150°С способствует уменьшению водопотребности продукта и повышению его прочности.

Водопотребность гипса, получаемого в гипсоварочных котлах, как показали опыты В. А. Ипатьевой, значительно снижается при варке его с добавкой поваренной соли. Последняя в виде насыщенного водного раствора пульверизируется непосредственно в котел. При добавке соли в количестве 0,1—0,15% массы гипса нормальная густота снижается до 45—50%, а прочность продукта увеличивается с 10— 12 до 15 МПа и более.

Полученный полуводный гипс из котла через люк с шибером выпускают в бункер выдерживания гипса, называемый иногда камерой томления. Здесь в процессе охлаждения качество гипса улучшается. Некоторое количество двуводного гипса, оставшегося в полугидрате, постепенно за счет физического тепла, содержащегося в выгружаемом материале, переходит в полуводный, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются и также превращаются в полугидрат.

Из бункера выдерживания после охлаждения гипс подают на склад готовой продукции. Длительное вылеживание полугидрата на складе также влияет на его строительные свойства, в частности при этом уменьшается водопотребность.

В настоящее время гипсоварочные котлы выпускают емкостью 3 и 15 м3; предполагается выпуск котлов емкостью 25 м3.

Недостаток варочных котлов — периодичность работы, затрудняющая автоматизацию производственных процессов.

Полученный полуводный гипс из котла через люк с шибером выпускают в бункер выдерживания, после охлаждения, в котором качество гипса улучшается, т.к. здесь добавляется 0,1% поваренной соли, которая ускоряет сроки схватывания.

Из бункера выдерживания охлажденный гипс по шнекам подают в бункер на склад готовой продукции.

Технологическая схема.

Приёмный бункер гипсового камня

Пластинчатый питатель

Молотковая дробилка

Элеватор

Бункер дробленого гипса

Тарельчатый питатель

Шахтная мельница

Спаренный циклон

Батарейный циклон

Винтовой конвейер

Бункер над гипсоварочным котлом

Винтовой конвейер NaCl

Горячие газы

Бункер сырой муки

Гипсоварочный котел

Бункер выдерживания

Транспортер

Склад

2. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ БЛОК-СХЕМЫ ПО ПЕРЕДЕЛАМ

2.1. Структурная блок-схема системы ”Помол”

Помол является важнейшим технологическим процессом при производстве минеральных вяжущих веществ, строительных материалов на основе гипсового сырья[4].

Эта стадия технологического процесса очень энергоёмка, поэтому наряду с

технологическими требованиями к готовому продукту (удельная поверхность

выходного продукта наибольшая крупность его ;зерновой

состав выходящих материалов ) при организации процесса должны

учитываться и технико-экономические показатели, такие как удельный расход

энергии () и требуемая производительность установки по готовой

продукции (), удовлетворяющие всем перечисленным выше

технологическим требованиям[4].

С учетом сказанного, принципиальная структурная блок- схема процесса помола представлена в следующем виде:

Та Тп

К Sвых

Dвых

ρ0 Гвых

ρн А

Sвых Еуд

П Q

Рис.2 Структурная блок-схема “Помол”

Входные параметры определяются тремя группами факторов: типом (конструкцией) помольного агрегата (Та), параметрами его работы (Тп), свойствами измельчаемого продукта (K, , Sвых, П)

К- коэфициент размолоспособности материала;

- плотность исходного продукта= 2900 кг/м³;

- насыпная плотность исходного продукта=1500 кг/м³;

Sвх- удельная поверхность исходного материала, см²/г;

П- пустотность измельчаемого материала, %;

Характеристика готового продукта:

Sвых –удельная поверхность готового продукта;

dвых- наибольшая крупность готового продукта;

(остаток на сите №008 10%)

Гвых- зерновой состав выходящего материала;

А- активность готового продукта;

Характеристика входных параметров:

Контролируемые и нерегулируемые- К,ρ0,ρн,Sвх,П

Описание данной системы может быть представлено в общем виде так:

yi=f1(K,ρ0,ρн,Sвых,П,Та,Тп) [4]

2.2 Структурная блок- схема системы “Сепарация”

Сепарация - процесс разделения порошкообразных материалов по крупности.

Эта стадия технологического процесса включает в себя очень

технологические

требования к готовому продукту (удельная поверхность

выходного продукта наименьшая крупность его ;зерновой

состав входящих материалов ) при организации процесса должны

учитываться и технико-экономические показатели, такие как удельный расход

энергии () и требуемая производительность установки по готовой

продукции (), удовлетворяющие всем перечисленным выше

технологическим требованиям [1] .

На основе выше перечисленного изображаем блок-схему процесса сепарации:

Та Д Тп

Sвх

характеристика

dвх Гвых готового

продукта

свойства Sвых

исходного

сырья Гвх N

Еуд характеристика

ρ0 производства

ρн

Рис.3 Структурная блок-схема “Сепарация”

На данном производстве принят центробежный сепаратор (Та). Тп- параметры его работы: производительность – 3000

Свойства исходного сырья:

Sвх- удельная поверхность, см²/г

dвх- наименьшая крупность, см

Гвх- зерновой состав входящих материалов, %

ρ0- истинная плотность, т/м³

ρн- насыпная плотность, кг/м³

Характеристика готового продукта:

Гвых- зерновой состав выходящих материалов, %

Sвых- удельная поверхность, см³/г

Характеристика производства:

Еуд- удельный расход энергии, кВт*ч/т

Q- требуемая производительность установки, т

N- степень очистки, %

Д- размеры улавливаемых частиц, мкм

Характеристика входных параметров:

Контролируемые и нерегулируемые- К,ρ0,ρн,Гвх, Sвх, dвх

Функционирование системы можно представить в следующем виде:

yi= φi(К,ρ0,ρн,Гвх,Sвх,dвх,Та,Тп)

3.РАСЧЕТ СПЕЦИАЛЬНОЙ ЧАСТИ

3.1. Расчет процесса сепарации

Сепарация - процесс разделения порошкообразных материалов по крупности, основанный на различии в скоростях падения частиц разного размера и плотности в восходящем потоке воздуха (газа).

Cтрогой методики расчета воздушных сепараторов не имеется. Поэтому расчет воздушных сепараторов производится по эмпирическим зависимостям. Необходимый расход газа (/ч)

где P-производительность (кг/ч), -объемная плотность среды: =0,25…0,35

Объём сепаратора

, где К – степень использования объёма сепаратора : К=2000…3500

Диаметр сепаратора (м)

По полученным параметрам, выбираем из каталога сепаратор со следующими характеристиками:

Диаметр D=2,85 м

Высота H=4,65 м

Пропускная способность воздуха - 3000/ч

Масса – 3250 кг

Изготовитель – Череповецкий механический завод

3.2. Расчет батарейных циклонов

Расчет циклонов проводится в зависимости от требуемого количества осаждаемого материала в единицу времени, которая определяется производительностью предыдущего технологического процесса: производительностью сепаратора.

Расход запыленного газа , проходящего через циклон , рассчитывается по формуле:

где С – концентрация частиц в воздушной смеси, принимаемая в пределах 0,02…0,1 для батарейных циклонов

Q – производительность оборудования, из которого производится удаление мелких частиц , кг/ч

К – коэффициент, учитывающий количество выносимого газами продукта , принимаемый равным 0,1…1% от Q

=0.274 /с

Суммарный внутренний радиус всех циклонов в батарее вычисляется из условия:

, /с

Откуда , м

где - условная скорость в циклоне , принимаемая равной 1,5…2,5 м/с

=0,186 м

По практическим данным радиус одного циклона в батарее:

, где n – количество циклонов в батарее, не должен превышать 0,25 м

=0,0467 м

Исходя из условия неразрывности потока, определяется площадь сечения входного патрубка:

- скорость газа на входе в батарею, принимаемая равной 15…30 м/с

= 0,00915 , откуда ==0,108 м

Площадь сечения выходного патрубка батарей находится аналогично:

=0,03425 , откуда м

Проверка циклона проводится на минимальный диаметр улавливаемых частиц по формуле:

, м

где - внутренний радиус циклона , м

- окружная скорость в циклоне (12…14 м/с)

- коэффициент динамической вязкости среды , равной 1,82

- плотность переносимого газом материала, кг/

- плотность воздуха, равная 1,2 кг/

=1,1922м

Размер осаждаемых частиц равен м.

Т.к. dmin < м, значит расчет сделан правильно[4].

По данным расчета по справочнику подбираем циклон :

тип : НИИОГаз - ЦН – 24

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

1.Сепаратор проходной имеет такие характеристики:

Диаметр D=2,85 м

Высота H=4,65 м

Пропускная способность в /ч воздуха - 3000

Масса – 3250 кг

Изготовитель – Череповецкий механический завод

2.Циклон НИИОГаз ЦН-24 имеет характеристики:

- внутренний диаметр, мм 600

- высота, м

входного патрубка 1,11

выхлопной трубы 2,11

цилиндрической части корпуса 2,11

конуса циклона 1,75

внешней части выхлопной трубы 0,26

общая циклона 4,26

- угол наклона крышки и входного патрубка, град 24

- коэффициент сопротивления 60

5.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ

На предприятиях, выпускающих строительные изделия, при складировании и переработке сырьевых материалов (дроблении, помоле, грохочении), а также формовании изделий, образуется большое количество отходов в виде пыли. На организацию этих отвалов требуется значительные материальные затраты. Одним из наиболее эффективных направлений, способствующих охране окружающей среды и улучшению условий труда, является создание безотходного производства [3].

Важнейшим критерием для повышения производительности труда является обеспечение сохранения здоровья каждого работающего на предприятии, с этой целью установлены нормы санитарно-гигиенических и качественных условий труда [3].

При изготовлении вяжущего необходимо следить за исправной работой вентиляции, системы сигнализации и автоматизации, производить регулярный и запланированный технический осмотр оборудования, выполнять мероприятия по технике безопасности [3].

Особую опасность при обслуживании оборудовании представляют его движущиеся части. Поэтому для предохранения обслуживающего персонала от соприкосновения с ними предусматривают сплошные сетчатые ограждения. Для проведении ремонтных и регулировочных работ, а также для наблюдения за технологическим процессом и работой механизмов в ограждениях предусмотрены смотровые окна или люки, обеспечивающие удобство наблюдения и безопасность для обслуживающего персонала [3].

Для обслуживания узлов оборудования на высоте предусматривают рабочие площадки и лестницы с надежным креплением к неподвижным, несменяемым при ремонтах частям или самостоятельные металлические леса. Для безопасности и удобства обслуживания рабочие площадки должны быть шириной не менее 1м и иметь перила высотой 1м. Для исключения падения инструмента, деталей и других вещей площадки должны иметь сплошную обшивку не менее 150мм [3].

Большинство технологического оборудования ремонтируют без снятия с фундамента. Поэтому для удобного и безопасного ведения ремонтных работ в стесненных условиях, а также на высоте, следует использовать грузоподъемную технику необходимой грузоподъемности, предусматривать в узлах и деталях устройства для строповки (приливы, отверстия, болты), планировать такое размещение оборудования, которое обеспечивало бы возможность временного хранения около ремонтируемых узлов демонтируемых, а также доставки подготовленных новых тяжелых и громоздких деталей [3].

Размещение оборудования в производственных условиях и на рабочих местах не должно представлять опасности для обслуживающего персонала. Ширина проходов должна быть для магистральных проходов не менее 1,5м, для проходов между оборудованием- не менее 1,2м, для проходов между стенами производственных зданий и оборудования- не менее1м, для проходов к узлам оборудования- не менее 0,5 м, для их обслуживания и ремонта- не менее 0,7м.

При этом ширина проходов должна быть увеличена не менее чем на 0,75 м при одностороннем расположении рабочих мест от проходов и проездов и не менее чем на 1,5 м при расположении рабочих мест по обе стороны проходов и проездов[3].