Технологическая линия по изготовлению санитарно-технических изделий шликерным методом. Производительность 95 тыс. шт. в год

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский Государственный  Технический Университет им. Г.И.Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

 

 

                                                                               Факультет - Архитектурно-строительный

(наименование)

                                                                          Кафедра - Строительных материалов  и изделий

(наименование)

                                                              Специальность –270106 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

    По дисциплине: Процессы и аппараты технологии строительных изделий.

На тему: Технологическая линия  по изготовлению санитарно-технических изделий шликерным методом. Производительность 95 тыс. шт. в год.

 

 

 

Студент:

Руководитель:

Работа допущена к защите  «___» _________  20___г.       ___________

                                                                                                                           (подпись)

Работа защищена «___» _________ 20___г. с  оценкой  ___________    ___________

                                                                                                                       (оценка)               (подпись)

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА 4

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  СХЕМЫ 7

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ  И ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ 11

1. Глина 11

2. Каолин 11

3. Кварцевый песок 12

4. Полевой шпат 12

5. Вода 12

3  РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ  ПРОГРАММЫ 15

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ 16

4.1. Количество основного  оборудования 16

4.2. Габаритные размеры  установок для тепловой обработки  изделий 16

5 ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ,  ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ СУШКЕ 18

6 МЕРОПРИЯТИЯ ПО  ОХРАНЕ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 26

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

           Санитарно-техническими называют  все изделия,  выпускаемые для  санитарных нужд. 

           Типичная продукция –  это  унитазы,  биде,  ванны,  раковины  и фонтанчики для питья.  Как  правило,  эти изделия производят  из «витресс чайна» (полуфарфора) или фаянса.

           По сравнению с остальными  отраслями объем производства  санитарно-технических изделий невелик .  Эта продукция имеет иное соотношение вес – стоимость,  нежели кирпич или огнеупоры.

           Процесс производства санитарно-технических  изделий укладывается в общую  схему для всех видов керамики.  Сырье смешивают с водой для  получения глиняной суспензии  с требуемыми характеристиками.  Суспензию хранят в бассейнах  и используют для шликерного литья в разъемные формы или литья под давлением.  Готовое изделие снимают непосредственно с литьевого стенда или вынимают из формы. Перед дальнейшей обработкой или транспортировкой заготовки должны подсохнуть.

          Глазурь наносят прямо на поверхность полуфабриката, затем проводят обжиг при температуре, соответствующей типу изделия, как правило, температура обжига составляет 1200 – 1210 °С для «витресс чайна» и 1220 °С для более огнеупорных составов..

          Нанесение глазури распылением  придает изделиям цвет и блеск.  Требуемый цвет или сочетание  цветов получают путем введения  в глазурь пигментов,  большинство  из которых –  оксиды металлов.  Масса пигментов пренебрежимо  мала по сравнению с массой  сырья  (глины)  и остальных  компонентов. 

          Все изделия строго соответствуют  стандартам качества по ГОСТ 30493–96 – «Изделия санитарные керамические. Типы и основные размеры», ГОСТ 15167–93-» Изделия санитарные керамические. Общие технические условия», ГОСТ 13449–82 «Изделия санитарные керамические. Методы испытания».

          Готовые изделия отправляют на  склад на сортировку, упаковку  и хранение до продажи.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Склад глины,каолина

 

Дробление

(щековая дробилка)

Хранение

(глинохранилище)

Помол

(шаровая мельница MQX)

Приготовление суспензии

Ситовая очистка

(вибросито СМ-427Б)

 

Гомогенизация

(диспергатор)

Хранение

(глинохранилище)

Дзирование

(ящичный питатель)

Склад отощающих

(кварцевый песок,полевой шпат)

 

Помол

(вибромельница РВМ-11)

Дозирование

(шнековый питатель)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовка массы

(двухвальный смеситель)

Вода

 

хранение

(бак)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дозируется

(счетчики)

 

Рассев и очистка от магнитных примесей

(фильтр-сепаратор СМ-4881)

Подготовка форм

Формование

(гипсовые формы)

Набор массы

Распалубка

 

Зачистка

Сушка (до влажности менее 14%)

(конвейерная сушилка)

Оправка и выглаживание

 

Сушка (до остаточной влажности  менее 1%)

(конвейерная сушилка)

Готовая глазурь 

Глазурование

(пульвелизатор)

 

Обжиг

(туннельная печь)

 

Осмотр

 

Подгонка

 

Сортировка

 

Упаковка

(щитовая тара)

 

Отправка


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  СХЕМЫ

Глина и каолин поступают с карьеров на склад крупностью до 500мм и влажностью до 45%. Сырье со склада поступает в щековую дробилку для дробления и удаления крупных включений (дробление – механический массообменный процесс). После чего оно имеет размер 10-15 мм. При дроблении происходит полное разрушение исходной структуры глин и каолина. Затем материал направляют в хранилище. Промежуточное складирование способствует усреднению влажности и состава материала, улучшению ее формовочных и сушильных свойств. Глину и каолин, влажностью 20%,загружают в шаровую мельницу для помола фракцией до 1 мм (массообменный, механический процесс),  после чего полученную массу затворяют водой.  Примеси удаляют из шликера процеживанием через вибросито. Далее суспензию гомогенизируют в бассейнах при медленном перемешивании. Глину и каолин дозируют при помощи двухотсечного ящичного питателя и подают в двухвальный смеситель.

Отощающие (кварц, полевой шпат) из склада поступают в вибромельницу, где измельчаются до крупности 30 мкм. Затем дозируются в шнековом дазаторе и подаются в двухвальный смеситель.

Вода дозируется с помощью счетчика и заливается также в двухвальный смеситель.

        В  бассейне с мешалкой происходит  перемешивание всех компонентов  с добавлением воды(гидромеханический, массообменный процесс) до получения пластичной массы влажностью 50-65%.

Приготовленный шликер проходит магнитное и ситовое обогащение в фильтре-сепараторе, корректируется для получения необходимых физико-химических  качеств.

До  подачи шликера на отливку изделий он должен 2-3 суток выстоятся в мешалке при периодическом перемешивании. Выстаивание шликера способствует более полной гидратации частичек, снижению загустеваемости, лучшему разжижению, более полному катионному обмену, диспергированию глинистых частичек. Корректируют литейные свойства шликера за 2 часа до подачи в литейный цех добавкой воды.

Формуют изделия методом  шликерного литья в гипсовых формах (гидромеханический процесс).

В результате поглощения воды шликера формой образовавшийся слой стенки уплотняется, изделие дает усадку и отделяется от формы.

Используется сливной  способ отлива изделий. При таком  способе заполненные шликером формы выстаиваются 1-3ч до набора массы требуемой толщины стенки изделия (9-11 мм). После набора  стенки изделия излишек шликера сливают в чистые отстойники, изделие выдерживают в форме 6-16ч для повышения прочности и снижения влажности до 22-24%,после чего вынимают из формы и зачищают влажной губкой.

После выемки из гипсовых форм отлитое изделие дополнительно  подсушивают на открытом воздухе  в течении 4-8ч («подвялка» изделия). При этом влажность изделия снижается до 17-18%, и она набирает прочность, необходимую для транспортировки полуфабриката.

Следующий этап производства – сушка (механический, гидромеханический, тепловой и массообменный процесс). Изделия поступают в сушку после подвяливания. Умывальные столы сушатся в конвейерной сушилке. Сушильная камера состоит из пяти рабочих ярусов и одного яруса возврата пустых кареток. Ярусы разделены между собой асбоцементными плитами. Выгружают и загружают изделия механизированным способом.

Умывальники, поступающие  с конвейера после первичной сушки (влажность менее 14%) и оправки, вручную устанавливают на каретки сушилки, находящиеся в подъемном столе. На каждой каретки устанавливаются два изделия. Изделия поднимаются до уровня одного из ярусов и сдвигаются со стола в сушилку. Входные шторки автоматически раздвигаются. Одновременно продвигаются все каретки с изделиями к разгрузочному концу. Высушенные до менее 1%-ной влажности изделия вручную снимают с кареток у разгрузочного конца, и каретки возвращаются к месту загрузки изделий по ярусу возврата. В каждый ярус помещается 50 кареток, и он работает как самостоятельный сушильный канал. Теплоносителем служит горячий воздух. Поступающий от двух калориферных установок. Воздух поступает в каждый ярус с правой и левой стороны. Продолжительность сушки 18ч.

Для глазурования изделий  готовую глазурь ГОСТ Р53897-2010 поставляют с предприятия. Глазурование происходит способом пульверизацией. Установка для глазурования умывальных столов на конвейере в камере, вдоль которой по направляющим перемещается тележка с вертикально установленным на ней умывальником. Привод тележки осуществляется тросами. Кроме  тележки с изделием. Внутри камеры находится рама, несущая по обеим сторонам тележки две вертикальные цилиндрические стойки, на которые крепятся кронштейны с пульверизаторами.

Перемещающийся вдоль  камеры умывальник (скорость 1,5 м\мин)после обдувки покрывается глазурью одновременно с наружной и внутренней стороны двумя пульверизаторами, по одному с каждой стороны. Толщина глазурного покрова 0,2-0,5мм. После глазурования влажность изделия повышается до 1,5-3,5%. Затем изделия направляют в обжиг.

Обжиг является завершающим  этапом в производстве санитарно-технических  изделий шликерным методом, этот процесс протекает в туннельных обжиговых печах открытого пламени (тепловой и массообменный процесс). Обжигают изделия один раз при температуре 1160-1280°С. При обжиге происходят сложные физико-химические процессы – обезвоживание, разложение компонентов массы и выгорание органических примесей с выделением газообразных продуктов, реакция взаимодействия компонентов массы с образованием новых кристаллических фаз, полиморфные превращения. Продолжительность обжига 21—24 ч.

После обжига изделия осматривают  и сортируют на три сорта. Изделия  с дефектами поступают на зачистку. Некоторые изделия после обработки  специальным составом направляют на повторный обжиг.

Качественные изделия  поступают для монтажа арматуры. Умывальные столы укомплектовывают туалетными кранами или смесителями, выпуском и кронштейнами. Этот процесс  выполняется вручную.

Далее изделия упаковывают  в щитовую тару, где они становятся на поддоны, обтянутые термоусадочной пленкой,  и направляют на склад готовой продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ХАРАКТЕРИСТИКА  СЫРЬЯ И ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

Состав шихты:

  • Глина, каолин – 50%
  • Кварцевый песок – 30%
  • Полевой шпат – 20%

1. Глина

1) Химический состав:

SiO2 – 45,5% ; Al2O3 – 39,5% ; Fe2O3 – 0,2-10% ; FeO2 – 0,46-0,48% ; CaO –0,3-6% ;

MgO – 2-2,1% ; Na2O – 0,1-6% ; K2O – 1,8-1,9% ; SO3 – 0-0,5%

2) Гранулометрический состав:

  • Глинистая фракция (менее 0,005 мм) – 30-55%
  • Пылевая фракция (0,005-0,05 мм) – 10-46%
  • Песчаная фракция (более 0,05 мм) – 12-26%
  • Включения (более 2мм)-0,2-10%

Сырье относится к средне-дисперсному.

3) Умеренно-пластичная глина, число пластичности равно 10-11

4) Температура спекания 1100-13000 

2. Каолин

1)Химический состав:

SiO2 – 47,5-78,5% ; Al2O3 – 13,8-35,5% ; Fe2O3 – 0,35-3,15% ; FeO2 – 0,46-0,48% ; CaO –0,13-0,72% ;

MgO – 0,18-0,9% ; Na2O – 0,18-1,6% ; K2O – 1,8-1,9% ; SO3 – 0-0,5%.

2) Гранулометрический состав:

  • Глинистая фракция (менее 0,005 мм) – 30-55%
  • Пылевая фракция (0,005-0,05 мм) – 10-46%
  • Песчаная фракция (более 0,05 мм) – 12-26%
  • Включения (более 2мм)-0,2-10%

Сырье относится к средне-дисперсному.

3)Умеренно-пластичная глина, число пластичности равно 10-11

4) Температура спекания 1100-13000  

3. Кварцевый  песок

1) Химический состав:

      SiO2-91-99%;  Fe2O3,  FeO2-0,2%;  CaO-1%.

2) Огнеупорность – 1650-1670°

3) Плотность – 8,84 г/см3 

4. Полевой  шпат

1) Химический состав:

       К2ОAl2O36SiO3: К2О -16,9%; Al2O3-18,4%; SiO3-61,7.

2) Плотность – 2,56-2,58 г/см3

3) Температура плавления 1130-1450° 

5. Вода

         ГОСТ 23732-793

       

Основные характеристики выпускаемого продукта в соответствии с

         ГОСТ 14360-69 (рисунок 1):

 

Рисунок 1- Выпускаемый продукт

 

Общие

Страна………………………….Россия

Стиль…………………………...Смешанный

Установка………………………Универсальная

Отверстия под смеситель……...1

Расположение смесителя………В центре

Отверстие под перелив………...Нет

 

Материал

Оформление и  цвета

Форма раковины………………..Нестандартная

Форма чаши……………………..Овальная

Количество чаш…………………1

Раковина-столешница…………..Нет

Цвет……………………………....Белый

С рисунком………………………Нет

 

Комплектация

Пьедестал в комплекте………….Нет

Сифон в комплекте……………...Нет

Слив-перелив в комплекте……...Нет

С тумбой…………………………Нет

С полочкой………………………Нет

С зеркалом……………………….Нет

С держателем для полотенец…...Нет

 

Размеры и вес

Ширина………………………….55 см

Глубина………………………….42 см

Высота раковины………………18,5 см

Вес……………………………….11 кг

 

 

 

 

 

 

 

3  РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ  ПРОГРАММЫ

Производственная программа  цеха

Количество суток: 365*0,9 = 329

Количество смен: 3

Количество часов в  смене: 8

Таблица 1 - Производственная программа цеха

Наименование продукции

Единица измерения

Программа выпуска в час

год

сутки

смену

час

Раковина

Шт.

95тыс.

288

96

12


 

Потребность в сырье

Состав керамической массы:

• Глина, каолин – 50%

• Кварцевый песок – 30%

• Полевой шпат – 20%

Потребность в сырье на 1 шт. готового изделия:

Глина, каолин – 8,75 кг

Кварцевый песок – 4,45 кг

Полевой шпат – 1,74 кг

Таблица 2 - Потребность в сырье

Наименование материала

Единица измерения

Расход в

час

смену

сутки

год

Глина, каолин

кг

136,5

1310,4

4324,32

1422701,28

Кварцевый песок

кг

69,42

666,4

2199,2

723536,8

Полевой шпат

кг

27,14

260,58

859,92

282913,68


 

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ

4.1. Количество основного оборудования

Шаровая мельница MQX 900×1800:

Производительность кг/ч: 220; Потребность в (глина+каолин) кг/ч:136,5

 N=136,5/(220*0,8)= 0,76; Количество штук: 1

Вибромельница РВМ - 11:

Производительность кг/ч: 100; Потребность в отощающих (кварц+шпат) кг/ч: 96,56

N=96,56/(100*0,8)=1,207 ; Количество штук: 2

Щековая дробилка ДРО-572:

Производительность м3/ч: 10; Потребность в глине м3/ч: m/pн=136,5/1380=0,099

N=0,099/(10*0,8)=0,012; Количество штук: 1

Конвейерная сушилка СУ-2:

Производительность по изделиям шт/ч: 18;

 Производительность цеха по изделиям шт/ч: 12

N=12/(18*0,8)=0,83 ; Количество штук: 1

4.2. Габаритные размеры установок для тепловой обработки изделий

Габаритные размеры конвейерной  сушилки:

33,7х1,71х5,185м.

Длительность сушки 18часов. Количество ярусов – 5.

Длина сушилки:

Lк = n1(Lф+2*l1),

где n1-число форм по длине, шт;

Lф - длина формы, м;

L1 - зазор с каждой стороны формы, м.

Lк=2*(0,7+2*0, 1) =1,8 м

Ширина сушилки:

Bк = n1 [Bф + (n1+1)*l1],

где Bф - ширина формы, м;

n1 - число форм по ширине, шт;

l1 - зазор с каждой стороны формы ,м.

Bк=2*[0,5+ (2+1)*0, 1] =1,6 м

Высота сушилки:

Hк = n2*hф + (n2-1) hп + h1+ h2,

где hф - высота формы, м;

n2 - число форм по высоте, м;

hп - высота прокладки между формами, м;

h1 - высота от пола до нижней формы, м;

h2 - высота от верхней формы до крышки камеры, м.

Hк=1*0, 25+ (1-1)*0, 3+0, 5+0, 5=1,25 м

Количество конвейерной  сушилки:1 штук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ,  ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ СУШКЕ

Процесс сушки керамических изделий представляет собой пре­вращение содержащейся в них воды из жидкого состояния в парообразное и последующее удаление ее в окружающую среду. При этом необходимым условием сушки является наличие внешнего источника тепла, нагревающего изделия. Наиболее ответственной является сушка высоковлажного полуфабриката изделий хозяйственной и строительной керамики, изготовленного пластическим формованием.

Находящаяся в керамических массах и изделиях вода делится на физическую и химически связанную.

Физической называется та часть воды материала, которая не входит ни в какие соединения с ним. Физическая вода находится в изделии в жидком или парообразном состоянии и может быть удалена полностью при нагреве материала до 100—110°С. При этом керамическая масса становится непластичной, но с добавлением воды пластические свойства массы восстанавливаются.

Химически связанной водой называется вода, находящаяся в химическом соединении с отдельными элементами керамической   массы,   так   например: Аl2Оз∙2SiO2∙nH20; Са(ОН)2 и др.

Удаление химически связанной  воды происходит при более высоких  температурах -от 500° и выше. При этом керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства.

При сушке изменяется от коагуляционных к конденсационным природа контактов

между частицами твердой фазы за счет удаления механически и физико-химически связанной воды. Химически связанная вода в сушке не удаляется.

Простейшим видом сушки  является сушка изделий на воздухе, когда испарение влаги из материала происходит за счет тепловой энергии солнца. В настоящее время сушка изделий осуществляется за счет тепла, получаемого от специальных

установок.

Анализируя процессы, происходящие при сушке материалов, необходимо отметить следующее:

1) содержащаяся в материале  вода при температуре 80—90оС  испаряется. В этом случае имеет место поверхностное испарение или так называемая внешняя диффузия влаги;

2) при испарении влаги  с поверхности материала в окружающую среду влага из внутренних слоев изделия перемещается к его поверхности. Происходит так называемая внутренняя диффузия влаги.

Если в процессе сушки  замерять температуры материала  и окружающей среды, то обнаруживается, что температура изделия ниже температуры воздуха.        Следовательно, во время сушки поверхность твердого тела, имеющего относительно низкую темпера­туру, соприкасается с газом, нагретым до более высокой температуры. Между ними происходит теплообмен. Поэтому процесс сушки можно рассматривать как комплекс параллельно протекающих явлений:

а) испарения влаги с  поверхности материала;

б) внутренних перемещений (диффузии) влаги в материале;

в) теплообмена между материалом и окружающей газообразной I средой.

При испарении влаги с  поверхности изделий влажность поверхностных слоев по сравнению с внутренними слоями уменьшается и возникает так называемый перепад (градиент) влажности.

Внешним показателем процесса сушки является изменение веса материала во времени. Графическое изображение зависимости влажности материала отдлительности сушки носит название кривой сушки. Характер кривой определяется влажностью и размерами изделия, способом его формования, а также температурой, влажностью и скоростью теплоносителя. Совокупность указанных факторов определяет режим сушки. Режимом сушки называется изменение интенсивности влагоотдачи изделия путем изменения температуры, относительной влажности и скорости движения теплоносителя.

Изменение режима сушки вызывает изменение интенсивности влагоотдачи изделия, которая определяется количеством влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого изделия в единицу времени.

Интенсивность влагоотдачи  измеряется в граммах на 1 м2 в час.

Режим сушки регулируют, изменяя температуру или количество теплоносителя, подаваемого в сушилку.

Сушка зависит от параметров окружающей среды (температуры, влажности и скорости движения теплоносителя), формы связи влаги с материалом, состава, структуры, влажности и температуры полуфабриката.

Для оценки сушильных свойств глин и полуфабриката на их основе используют показатели чувствительности глин к сушке, характеризующие склонность материала к растрескиванию в период усадки. Коэффициент чувствительности, предложенный З.А. Носовой, определяют как отношение объема усадки Vус, к объему пор в высушенном материале Vпор:

КЧ = Vус/Vпор = V/V0[(m0 - m)/(V0 - V) - 1],    

где V0 и V - объемы свежеотформованного и высушенного при 20°С образцов, см3; m0 и m - массы влажного и высушенного образцов, г.

 

 

 

 

 

 

6 МЕРОПРИЯТИЯ  ПО ОХРАНЕ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ

Производство санитарно-технических  изделий сопровождается выбросами  загрязняющих веществ в воздух, сбросами сточных вод в водные объекты, образованием твердых отходов, шумовым  загрязнением.

Выбросы отходящих  газов в воздух

Для обжига санитарно-технических  изделий служат туннельные или роликовые  печи. При небольших объемах производства обжиг ведут в печах с выкатным подом периодического действия. В таблице 3, 4 приведены составы неочищенных и очищенных газов, а также технические характеристики (сверху) типовой туннельной печи для обжига санитарной керамики. В настоящем примере очистку дымовых газов проводят методом сухой адсорбции в стальном контейнере при помощи плоских сотовых сорбционных модулей.

 

Таблица 3- Примерный состав неочищенных и очищенных газов туннельной печи

Источник выбросов

Туннельная печь

Объемный расход дымовых  газов (м3/ч)

9100

Температура дымовых газов (°C)

140-180


 

Таблица 4-Содержание вредных веществ в неочищенных газах туннельной печи и печи с выкатным подом

Загрязняющее вещество

Содержание в неочищенном  газе (мг/м3)

Содержание в очищенном  газе (мг/м3)

Пыль

10

3

NOx, в пересчете на NO2

30

20

  

CO

200

200

Газообразные неорганические соединения фтора, в пересчете на HF

1,3 - 3,6

0,4 - 1,5


 

 

Выбросы пыли в воздух происходят не только при обжиге, но и в следующих  технологических операциях:

• при хранении и транспортировке  сырья из накопителей, установок  для дозирования, перемещения и  обработки сырьевых материалов;

• при сухой подготовке твердого сырья;