Ирина Эланс
Технологическая линия по производству молотой негашеной извести
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образование
«Томский государственный архитектурно-строительный университет»
(ТГАСУ)
Кафедра «СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Технологическая линия по производству молотой негашеной извести .
Расчетно-пояснительная записка
Пименова Л.Н.
Томск 2015
Содержание
1. Вид и характеристика изготовляемого продукта………………………6
2. Исходные данные для проектирования…………………………………10
2.1. Характеристика сырьевых материалов……………………………….10
2.2. Режим работы завода ………………………………………………….12
2.3 Расчет потребности сырья……………………………………………..12
3. Технологическая часть…………………………………………………..15
3.1 Физико – химические основы производства………………………….15
3.2 . Выбор и обоснование технологической схемы завода………………17
3.3 . Описание схемы………………………………………………………..20
3.4 Выбор и расчет оборудования…………………………………………22
4. Контроль качества
5. Список используемой литературы………………………………………27
Чистый оксид кальция
впервые описан немецким ученым-химиком
И. Потт. Это произошло в 1746 году.
А вот попытки получить металл
кальций из оксида длительное время не
удавалось. Впервые это сделал Г.Дэви. Вначале он пропускал электроток
через увлажненную землю, которая сверху
была закрыта от воздействия кислорода
воздуха керосином. Результатом опытов
и экспериментов Дэви стало то, что он
разработал метод получения щелочных и щелочнозе
Суть этого метода такова.
Дэви брал влажную землю, смешивал с оксидом
ртути. Приготовленную таким образом смесь
он помещал в стакан из платины, через
который проходил положительно заряженный
ток. В середину смеси Дэви помещал ртутную
капельку и погружал отрицательно заряженный
платиновый электрод в эту капельку. Результатом
прохождения электрического тока являлось
образование амальгамы кальция, которую
затем сравнительно легко разлагал на
ртуть и кальций. Заслуга в выделении чистого
кальция принадлежит также И. Берцеллиусу и М.Понтину.
Название же элемента происходит
от слова калкс, что при переводе с латинского
языка, означает известь.
Данное вещество достаточно широко используется в разных сферах человеческой деятельности. К наиболее крупным потребителям следует отнести: черную металлургию, сельское хозяйство, сахарную, химическую, целлюлозно-бумажную промышленность. Используется СаО и в строительной индустрии. Особое значение соединение имеет в сфере экологии. Известь используется для очистки от оксида серы дымовых газов. Соединение также способно смягчать воду и осаждать присутствующие в ней органические продукты и вещества. Кроме того, применение негашеной извести обеспечивает нейтрализацию природных кислых и сточных вод. В сельском хозяйстве при контакте с почвами соединение устраняет кислотность, вредную для культурных растений. Известь негашеная обогащает грунт кальцием. За счет этого повышается обрабатываемость земли, ускоряется гниение гумуса. Вместе с этим сокращается необходимость внесения азотных удобрений в больших дозах.
Гидратная смесь применяется в птицеводстве и животноводстве для подкормки. Так устраняется недостаток кальция в рационе. Кроме того, соединение используют для улучшения общих санитарных условий при содержании и разведении скота. В химической промышленности гидратная известь и сорбенты применяются для получения фторида и гидрохлорида кальция. В нефтехимической промышленности соединение нейтрализует кислые гудроны, а также выступает в качестве реагента в основном неорганическом и органическом синтезе. Достаточно широко используется известь в строительстве. Это обусловлено высокой экологичностью материала. Смесь используют при приготовлении вяжущих материалов, бетонов и растворов, производства изделий для строительства. [1]
1.Вид и характеристики изготовляемого продукта
Строительной известью называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция. Содержание примесей глины, кварцевого песка и т. д. в карбонатных породах не должно превышать 6 - 8 %. При большем количестве этих примесей в результате обжига получают гидравлическую известь.
Различают следующие виды в извести: известь негашеную комовую; известь негашеную молотую; известь гидратную (пушонку); известковое тесто.
Тонкоизмельченная негашеная известь имеет ряд преимуществ при изготовлении растворов и бетонов перед гидратной известью в виде порошка или теста. В этом случае нет отходов и все компоненты тонкоизмельченной извести рационально используются во время твердения (в том числе силикаты, алюминаты, ферриты и карбонат кальция). Молотая негашеная известь характеризуется меньшей водопотребностью, чем гашеная известь. Удельная поверхность молотой негашеной извести обычно значительно меньше удельной поверхности гидратной извести. Поэтому требуемую удобоукладываемость растворной или бетонной смеси на молотой негашеной извести получают при пониженном количестве воды. Снижение же водопотребности растворных и бетонных смесей способствует увеличению их прочности при твердении. Кроме того, негашеная известь, гидратируясь в уже уложенных в дело растворах и бетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твердую фазу. Как известно, окись кальция при переходе в гидрат связывает 32,13% воды от своей массы. Все это способствует получению растворов, бетонов и изделий на молотой негашеной извести повышенной плотности и прочности по сравнению с получаемыми на гашеной извести.[10]
При гидратном твердении молотой негашеной извести выделяется значительное количество тепла. Поэтому изделия на такой извести при температурах ниже нуля твердеют более спокойно и имеют лучшие показатели прочности, так как окружающие условия способствуют быстрому отводу тепла и уменьшению термических напряжений.
Указанные преимущества молотой негашеной извести способствуют ее применению в производстве различных строительных материалов и изделий.
Благоприятные результаты при гидратном твердении молотой негашеной извести можно получить лишь при следующих условиях, обеспечивающих нормальный ход процессов ее твердения:
применение извести тонкого помола;
соблюдение определенного водоизвесткового отношения;
отвод тепла или использование других приемов, не допускающих разогревания твердеющего раствора или бетона до температур, вызывающих интенсивное испарение воды (особенно при кипении);
прекращение перемешивания растворной или бетонной смеси на определенном этапе гидратации извести.
При грубом помоле извести создаются условия для возникновения местных очагов перегрева материала, кипения воды и разрыхления структуры схватывающихся новообразований, что сопровождается появлением значительных растягивающих напряжений и деформаций, вызывающих снижение прочности, а иногда и разрушение твердеющего раствора или бетона. Поэтому негашеную известь следует измельчать до удельной поверхности 3500—5000 см2/г, причем остаток на сите № 02 должен быть близким к нулю, а на сите № 008 не превышать 4—6%.
Отрицательно влияет на гидратное твердение негашеной извести пережог. Замедленная гидратация крупных кристаллов окиси кальция (крупнее 10—20 мкм) в уже затвердевшем известковом камне вызывает дополнительные неком-пенсируемые напряжения. Поэтому количество пережога в молотой негашеной извести не должно превышать 3—5%. Гидратное твердение негашеной извести протекает нормально при содержании воды в растворной или бетонной смеси лишь в пределах 100—150% массы извести. Точнее количество воды устанавливают с учетом интенсивности отвода тепла и скорости гидратации извести в растворной или бетонной смеси. При малом содержании воды (60—80% массы извести) температура резко повышается и интенсивно образуется пар, который разрыхляет структуру, препятствуя схватыванию и твердению массы. При избытке воды (200—250%) частицы извести отделяются одна от другой водными пленками, адсорбирующимися на их поверхности, и образуется несхватывающаяся и очень медленно твердеющая пластическая масса.
При гидратации нормально обожженной извести практически в течение первого часа после затворения ее водой выделяется 1160 кДж на 1 кг окиси кальция. В результате изделие из раствора или бетона на молотой негашеной извести сильно разогревается, причем, если температура поднимается до 100° С, возникают те отрицательные явления, о которых говорилось раньше. Для предупреждения интенсивного разогревания смеси при гидратации извести используют различные приемы и, в частности, несколько увеличивают расход воды, охлаждают ее, частично гасят известь перед ее применением и т. п.
Одним из простых способов является замедление скорости гидратации, а следовательно, и интенсивности тепловыделения с помощью различных веществ (гипса, сульфата натрия, сульфитно-дрожжевой бражки и др.). ССБ, СДБ и им подобные поверхностно-активные вещества, вводимые в воду для гашения в количестве 0,2—1%, адсорбируются на кристаллических зародышах гидрата окиси кальция, препятствуя их росту и замедляя вследствие этого дальнейшее растворение в воде и гидратацию окиси кальция. Возможно, что поверхностно-активные вещества уменьшают скорость гашения также вследствие адсорбции их на частичках окиси кальция.
Замедление скорости гидратации при добавках 2—5% гипса от массы извести объясняют образованием пленок гидрата окиси и сульфата кальция на поверхности еще не прореагировавших частичек окиси кальция.
В тех случаях, когда известь наряду с очень активными частичками окиси кальция содержит медленно гасящиеся частички пережога, целесообразно в соответствии с рекомендациями Б. Н. Виноградова применять комбинированную добавку, состоящую из замедлителя и ускорителя гашения. Ускоритель в составе добавки действует преимущественно на пережженные частички, значительно ускоряя их гашение и обеспечивая их превращение в гидрат до твердения системы. Так влияет, например, смесь СДБ и хлористого кальция. Необходимое количество добавок нужно устанавливать опытом для каждой партии извести с учетом ее свойств.
Наконец, при гидратном твердении молотой негашеной извести необходимо на определенной ступени взаимодействия ее с водой прекращать механические воздействия на растворную или бетонную смесь.
Перемешивание, вибрация и т. п. в течение всего периода гидратации извести нарушают ее схватывание и твердение. Точным же регулированием продолжительности механических воздействий на растворные и бетонные смеси во время их перемешивания в мешалках или вибрации в формах можно добиться гидратации какой-то части окиси кальция. Она будет происходить в условиях свободных деформаций смеси с последующим гидратным твердением остальной части в спокойном состоянии без нарушения возникающих структурных связей между образующимися частичками гидрата окиси кальция.
На практике такой эффект дает двухступенчатое перемешивание растворных или бетонных смесей на молотой негашеной извести, заключающееся в следующем. Вначале смесь извести с заполнителями и водой, взятой в количестве 80—90% общего ее содержания, перемешивают 2—3 мин и затем выдерживают 0,5—1 ч. При этом гидратируется наиболее активная часть извести, что сопровождается интенсивными объемными деформациями. После такой выдержки, продолжительность которой в зависимости от извести уточняют опытным путем, вторично перемешивают смесь с остальной частью воды и укладывают ее в формы (при изготовлении изделий). В формах в спокойном состоянии и протекает твердение бетона, обусловливаемое гидратацией еще непрореагировавшей части окиси кальция. Возникающие при этом деформации уже не столь интенсивны и не разрушают изделия.[2]
По ГОСТ 9179-77 в зависимости от суммарного количества оксидов кальция и мания известь подразделяют на три сорта для негашёной извести, на два сорта для гашеной извести. Содержание активных CaO + MgO (в пересчете на сухое вещество) для негашеной извести без добавок должно быть соответственно для 1,2 и 3-го сортов 90,80 и 70%; для негашеной извести с добавками для 1-о и 2-го сортов – 65 и 55%. Строго нормируется допустимое содержание не погасившихся частиц (в %). Прочность извести стандартом не нормируется, так как она невелика; у пушонки через 28 суток 0,5 – 1,0 Мпа, у молотой извести 1,0 – 6,0 Мпа. Средняя плотность пушонки равна 400 – 450 кг/. Прочность растворов и бетонов на строительной воздушной извести, прежде всего, зависит от условий ее твердения. Прочность растворов и бетонов на строительной извести возрастает также с увеличением ее активности и уменьшением до некоторого предела водоизвесткового отношения.
Кроме того, в соответствии с ГОСТ 9197-77 извести различают по скорости гашения. К быстрогасящимся относят извести со скоростью гашения не более 8 мин, к среднегасящимся – не более 25 мин, к медленногасящимся – более 25 мин. За скорость гашения принимается время от момента смешивания порошка извести с водой до момента достижения максимальной температуры и начала ее снижения. Растворы на негашеной извести схватываются через 15-60 мин после затворения. Скорость их схватывания зависит от скорости гидратации окиси кальция и условий твердения. [3]
Известь должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 1[3]
Таблица 1. – Показатели качества воздушной извести.
Норма для извести, %, по массе | ||||||||
негашеной |
гидратной | |||||||
Наименование показателя |
кальциевой |
магнезиальной и доломитовой |
||||||
сорт | ||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 | |
Активные СаО + МgO, не менее: |
||||||||
без добавок |
90 |
80 |
70 |
85 |
75 |
65 |
67 |
60 |
с добавками |
65 |
55 |
- |
60 |
50 |
- |
50 |
40 |
Активный МgO, не более |
5 |
5 |
5 |
20(40) |
20(40) |
20 (40) |
- |
- |
СО2, не более: |
||||||||
без добавок |
3 |
5 |
7 |
5 |
8 |
11 |
3 |
5 |
с добавками |
4 |
6 |
- |
6 |
9 |
- |
2 |
4 |
Не погасившиеся зерна, не более |
7 |
11 |
14 |
10 |
15 |
20 |
- |
- |
2. Исходные данные для проектирования
2.1. Характеристика сырьевых материалов
Исходными материалами для производства воздушной извести являются многие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.). Все они относятся к осадочным породам и широко распространены на территории нашей страны. В состав известняков входят углекислый кальций СаС03 и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.).
Теоретически карбонат кальция состоит из 56 % СаО и 44 % С02. Он встречается в виде двух минералов — кальцита и арагонита.
Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк, плотный кристаллический известняк, землисто-рыхлый известняк (или мел), известковый туф, известняк-ракушечник, оолитовый известняк, доломитизирован-ный известняк, доломит.
Мрамор по химическому составу (СаС03 или CaC03+MgC03 — наиболее чистое сырье. Однако в связи с высокими декоративными свойствами он используется в качестве отделочного материала, и поэтому в производстве извести, за редким исключением, не применяется.
Плотные известняки имеют мелкозернистую кристаллическую структуру, содержат обычно небольшое количество примесей и отличаются высокой прочностью. Их наиболее широко используют для получения извести.
Средняя плотность известняков составляет 2400— 2800 кг/м3, мела — 1400—2400 кг/м3. Это колебание объясняется количеством содержащихся примесей кварца, доломита и других минералов. Объемная масса изменяется в гораздо больших пределах. К молотой негашеной извести кроме требований к суммарному содержанию активных CaO и MgO предъявляются ещё и требования по тонкости помола — остаток на сите № 02 должен составлять не более 1%, а на сите № 008 – не более 15%. Водопотребность извести велика: на 1м3 известковых растворов расходуется обычно 300-350 л воды. При применении молотой извести водопотребность снижается, а при применении теста или гидратной извести – увеличивается. Известь отличается очень высокой пластичностью, что придаёт хорошую удобоукладываемость бетонам и растворам, повышая производительность труда и улучшая качество кладочных и штукатурных работ. Известковые растворы на гидратной извести и известковом тесте схватываются и твердеют очень медленно: на 28-е сутки их прочность достигает 0,5-1,0 МПа. Растворы на молотой извести схватываются в течении 15-60 мин и через 28 суток имеют прочность 2-3 МПа.[4]
В настоящем проекте используется известняк Слюдянского месторождения. Его характеристики приведены в таблице 2.1 и 2.2
Таблица 2.1 Химический состав сырья.
Химический состав, % | |||||||
П.п.п | |||||||
52,27 |
- |
4 |
1,04 |
0,02 |
2,4 |
84,43 | |
Таблица 2.2 Вещественный состав сырья. [5]
Вещественный состав,% |
Влажность,% |
R,Мпа | ||
Ca |
Mg |
Глинистые |
||
93 |
4,8 |
2,2 |
3 |
180 |
2.2. Режим
работы и производственная
Режим работы предприятия
Цех по производству молотой негашеной извести работает по прерывной схеме в две смены и продолжительность смены 8 часов .260 дней в году. Ниже приведена производственная программа цеха. Исходя, из годовой производительности 25000т рассчитана производственная программа, которая приведена в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Производственная программа
Выпускаемый продукт |
В год |
В сутки |
В смену |
В час |
Известь, т |
25000 |
96,15 |
48,08 |
6,01 |
С учетом потери, т |
26250 |
100,958 |
50,48 |
6,31 |
Производственные потери 0,5%.
2.3 Расчет потребности сырья
Для производства строительной извести используется плотный известняк, известняк-ракушечник, известковый туф, мел, доломит. Карбонатное сырье для производства строительной извести должно удовлетворять требованиям ГОСТ21-27-76.
Определение активных CaO+MgO в воздушной извести при обжиге карбонатных пород:
A=(CaOи +MgOи)-( ). Где А-количество активных CaO+MgO.
К=коэффициент пересчета химического состава сырья на состав извести:
K===1,68
CaOи =K* CaOc =1.68*52.24=87.81
MgOи =K*MgOc=1.68*2.4=4.03
A=(CaOи +MgOи)-( )= 85.54(2 cорт)
Удельный расход сухого карбонатного сырья (т.т) без учета пылеуноса:
К===1,717
Расход природного карбонатного сырья с учетом влажности без учета пылеуноса:
Кв=К*(100/100-W)=1.77
Расход сырья с учетом потерь пылеуносом:
==1,85
Расход карбонатного сырья на фактическую производительность предприятия:
Р=Кобщ*П=1,85*(100/100-0.5)=1.
Р-расход карбонатного сырья.
В год=48,56тыс.т
В сутки=177,8т
В смену=88,9т
В час=11,1125т
Таблица 2.4. Потребность сырья
Наименование материала |
Потребность в материалах,т | |||
Годовая |
Месячная |
Суточная |
Часовая | |
Известняк: Сухой, т |
48560 |
4004 |
186,77 |
11,67 |
С естественной влажностью, т |
50001 |
4168 |
192,34 |
12,02 |
С учетом потерь, т |
50990 |
4250 |
196,11 |
12,25 |
3. Технологическая часть
3.1Физико-химические основы процесса производства
Обжиг - основная. технологическая операция в производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта. Цель обжига - возможно более полное разложение (диссоциация) СаСО3 и МgСО3•СаСО3, на СаО, МgO и СО2 и получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек и их пор.
Если в сырье есть глинистые и песчаные примеси, то во время обжига между ними и карбонатами происходят реакции с образованием силикатов, алюминатов и, ферритов кальция и магния.
Реакция разложения (декарбонизация)
основного компонента известняка
- углекислого кальция идет по схеме: СаСО3?СаО+СО2.
Теоретически на декарбонизацию 1 моля
СаСО3 (100 г) расходуется 179 кДж или 1790 кДж
на
1 кг СаСО3. В пересчете на 1 кг получаемого
при этом СаО затраты равны
3190 кДж.
При обжиге известняка и других подобных пород происходит их диссоциация, то есть процесс разложения твердого вещества на более простое твердое вещество и газ. Применительно к кальциту этот процесс может быть представлен следующим стехиометрическим уравнением
СО3 « СаО(тв) + СО (газ) (4)
Представленная реакция обратима, но лишь при определённых условиях протекает в сторону образования оксида кальция (СаО) – основной составляющей извести. Этот химический процесс возможен только при относительно высоких температурах обжигаемого материала и давлении углекислого газа в среде обжига: чем оно ниже, тем интенсивнее идет процесс диссоциации. Чтобы процесс разложения протекал с достаточной скоростью, необходимо, чтобы температура (называется температурой декарбонизации) была выше 8800С.
Диссоциация карбонатов начинается с распада ионов [СО3]2- по схеме:
[СО3]2-®СО2+О2 (5)
Процесс диссоциации углекислого кальция протекает по топохимическому механизму.
При обжиге известняка протекают параллельно или параллельно – последовательно процессы разрушения кристаллической решетки СаСО3, разложения сложных анионов [СО3]2- , образование кристаллической решетки СаО. Вместе это составляет кристаллохимическую сторону явления диссоциации углекислого кальция.
Таким образом, распад карбонат – ионов является первым, начальным этапом процесса диссоциации СаСО3.
Вторым, основным этапом, является превращение гексагональной решетки кальцита в кубическую решетку оксида кальция с уменьшением ее объема почти в 2,25 раза. На рисунке 3.1. представлена кристаллическая структура оксида кальция.
Рисунок 3.1. Схема кристаллической структуры (элементарной ячейки) оксида кальция
для получения частиц пережженной извести, что значительно ухудшает ее свойства.[7]
3.2. Выбор и обоснование технологической схемы завода. Краткое описание
Обжигают известняк в различных печах: шахтных, вращающихся и кипящего слоя;
Наибольшее распространение получили шахтные известеобжигательные печи. В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие:
1) на короткопламенном твердом топливе, вводимом обычно в
шахту перемежающимися с известняком слоями, такой способ обжига называют
пересыпным, а сами печи – пересыпными;
2) на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в
выносных топках;
3) на жидком топливе;
4) на газообразном топливе.
К достоинствам шахтных печей относится простота конструкции; сравнительно малые капитальные вложения; низкие эксплуатационные расходы; высокие теплотехнические и технико-экономические показатели
По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, по её высоте различают три зоны.
В верхней части печи - зона подогрева – материал подсушивается и
подогревается раскаленными дымовыми газами, и из него выгорают органические примеси.
В средней части печи располагается зона обжига, где температура
обжигаемого материала изменяется в пределах 850 - 1200 - 900о С;
здесь известняк разлагается и из него удаляется углекислый газ. В зоне
охлаждения – нижней части печи – известь охлаждается с 900 до 50 – 100о
С поступающим с низу воздухом, который в свою очередь нагревается и попадает в зону обжига для поддержания горения.
Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать тепло отходящих газов на подогрев
сырья, а тепло обожженного материала – на подогрев воздуха, переходящего в зону обжига.
Поэтому пересыпные шахтные печи экономичны по расходу топлива, однако
известь в них загрязняется золой топлива. Обжиг на природном газе или жидком
топливе позволяет значительно улучшить качество извести, однако конструкции шахтных печей, использующих эти виды топлива, требуют усовершенствования, особенно в отношении подачи топлива в печь.
Обжиг известняка во вращающихся печах
К недостаткам
вращающихся печей относятся: большой
удельный расход топлива; значительный
унос из печи и из
Обжиг известняка в кипящем слое
Практика показала, что такой обжиг может давать полную декарбонизацию известняка при температурах, близких к расчетным. Оптимальная температура обжига реактора — 900—1000°. Этот способ позволяет получать известь мягкого обжига и однородного качества. Расход топлива в такой установке составляет 1200 ккал на 1 кг и почти равен расходу топлива в мощных шахтных печах. Такие печи производят до 120 тонн извести в сутки.
Поэтому, в настоящем
проекте используем шахтную
Рис 3.1 Технологическая схема производства извести