Ирина Эланс
Цех по производству калиевого жидкого стекла 72 тыс тонн
Содержание
Введение 1 Характеристика выпускаемой продукции 2 Технологическая часть 2.1 Выбор сырьевых материалов и обоснование технологической схемы производства 2.1.1 Сырьевые материалы. 2.2 Технологическая схема
производства жидкого 2.3 Расчёт материального баланса 2.4 Выбор и расчёт основного технологического оборудования 2.5 Расчёт потребности в энергетических ресурсах 3 Контроль производства и качества
готовой продукции. 3.2 Приёмка 3.3 Отбор проб. 3.4 Методы испытания. 4. Технико-экономические показатели 5 Охрана труда и окружающей среды Заключение Список литературы Приложения1 Приложение 2 |
3 4
7 7
7 7
9 10
13
15 15 15 16 17 19 23
25 26 27 28 29 |
ВВЕДЕНИЕ
Под растворимыми стёклами понимают твёрдые водорастворимые стекловидные силикаты натрия и калия. Получают растворимые стёкла сплавлением кремнезёма со щелочными компонентами (содой, поташом и др.) по технологии силикатных стёкол. Растворимые стёкла являются исходными материалами для производства некоторых видов растворимого стекла, хотя в отдельных случаях они могут применяться (обычно в тонкоизмельчённом виде) самостоятельно.
Понятие "растворимое стекло" значительно более широкое и включает в себя водные щелочные растворы силикатов, независимо от вида катиона, концетрации кремнезёма, его примерного строения и главное - способа получения таких растворов. Так, кроме растворения в воде растворимых стёкол, растворимое стекло получают растворением кремнезёма в щелочах, а также растворением аморфных или кристаллических порошков гидратированных или безводных щелочных силикатов. Растворимые стекла могут быть калиевые, натриевые, литиевые, а также на основе четвертичного аммония. Область составов жидких стёкол включает, на ряду с высокощелочными системами, также и высококремнезёмистые, переходящие по мере уменьшения щёлочности в область стабилизированных кремнезолей.
Растворимое стекло являются крупнотоннажными продуктами неорганического синтеза и производятся во всех промышленно развитых странах мира. Интерес к этим техническим продуктам определяется, на ряду с их ценными свойствами, экологической чистотой производства и применения, негорючестью и не токсичностью, а также во многих случаях дешевизной и доступностью исходного сырья.
1 ХАРАКТИРИСТИКА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
"Растворимое стекло" относят к водным растворам щелочных силикатов-силикатам натрия, калия и лития. Натриевые и калиевые растворимые стекла чаще всего являются продуктами растворения в воде стекловидных растворимых силикатов натрия и калия (растворимых стекол). Растворимые силикаты натрия и калия в виде растворимых стекол имеют также техническое название "силикат-глыба".
Жидкие натриевые и калиевые стекла могут быть получены и прямым растворением кремнезема в едкой щелочи, а также растворением в воде и щелочах кристаллических и аморфных силикатов или гидросиликатов.
Таким образом, понятие "растворимое стекло" относят к водным растворам щелочных силикатов, независимо от способа получения этих растворов, тогда как под "растворимым стеклом" следует понимать только растворимые силикаты натрия и калия в стеклообразном состоянии.
В соответствии с действующей нормативно-технической документацией, отечественная промышленность выпускает "стекло натриевое жидкое", "стекло калиевое жидкое", а также смешанные калиево-натриевые и натриево-калиевые растворимые стекла. Основное количество растворимого стекла получают растворением стекловидных силикатов натрия и калия, в ограниченных масштабах применяется прямое растворение в щелочах природных или искусственных кремнеземсодержащих веществ. В отдельных случаях растворимое стекло является попутным продуктом синтеза или переработки материалов.
Растворимое стекло имеет три основные формы состояния, а именно: силикатная глыба, жидкий раствор стекла и растворимый порошок. Внутри каждой группы имеется подразделение на сорта, что отвечает разнообразным запросам по отдельным качествам и характеристикам растворимого стекла как продукта.
Сорта растворимого (силикатная глыба) и порошкообразного стекла разделяют на "нейтральные" и "щелочные. И напротив, растворимое стекло представлено широкой палитрой растворов, которые различаются соотношением кремнекислоты и щелочи, а также плотностью. Плотность, обычно, соразмеряется таким образом, чтобы растворы растворимого стекла могли бы без труда перекачиваться насосом при обычных температурах. Более высокая концентрация из-за высокой вискозности серьезно затруднит использование растворимого стекла при нормальной температуре.
Выпуск стекловидных растворимых силикатов натрия и калия осуществляют на стекольных заводах. Производство растворимого стекла рассредоточено по многочисленным предприятиям - потребителям растворимого стекла, относящимся к различным отраслям народного хозяйства.
Растворимые стекла, выпускаемые промышленностью, представляют собой густые вязкие прозрачные жидкости без видимых механических включений и примесей. Растворимое стекло может быть бесцветным, однако в большинстве случаев оно окрашено примесями в слабо-жёлтый или серый цвет. В ряде случаев наблюдается лёгкая опалесценция растворов жидких стёкол, вызываемая появлением в них полимерных разновидностей кремнезёма.
Химический состав промышленного растворимого стекла определяется в основном составов исходных стекловидных щелочных силикатов, однако его примесный состав может формулироваться также в ходе его производства (измельчение кварцевого песчаника, автоклавное растворение, транспортирование, хранение).
Химическая характеристика промышленных растворимых стёкол в соответствии с действующей технической документацией включает содержание основных оксидов (SiO2, К2О), их мольное соотношение (модуль), содержание примесных оксидов и плотность раствора.
Силикатный (кремнезёмистый) модуль растворимого стекла определяется по формуле (1):
n=SiO2/К2О x m,
где m - отношение молекулярной массы щелочного оксида к молекулярной массе SiO2: mК=1,568; SiO2, К2О - содержание оксидов, %.
Калиевые растворимые стекла характеризуются значениями силикатного модуля 2,8-4,0 при плотности 1,25-1,40 г/см³.
Плотность растворимого стекла неоднозначно определяется концентрацией нерастворённого силиката щелочного металла, поскольку такой силикат может характеризоваться разным соотношением SiO2 и К2О (силикатным модулем), а вклад SiO2 и К2О в плотность раствора различен. Зная модуль растворимого стекла и плотность, можно однозначно определить содержание в растворе оксидов SiO2 и К2О, а по модулю и абсолютному содержанию оксидов-плотность раствора. Определив содержание в жидком стекле К2О и плотность, по величине модуля можно рассчитать содержание в жидком стекле SiO2.
Промышленные калиевые растворимые стекла характеризуются значениями силикатного модуля в пределах 2,8-3,9 для калиевого растворимого стекла и плотности жидких стёкол 1,49-1,26 г/см3.
На ряду с такими характеристиками растворимого стекла, однозначно определяющими его состав, как плотность, концетрация щелочного катиона (% К2О), кремнезёма (% SiO2) и модуль, важнейшая характеристика растворимого стекла - вязкость). Вязкость растворимого стекла является функцией концентрации, типа щелочного катиона и температуры. Характерно очень резкое возрастание вязкости щелочных силикатных растворов при определённых значениях концентрации и модуля раствора. Вязкость растворов силикатов калия растёт при увеличении концентрации быстрее, чем вязкость натриевых силикатных растворов. Калиевые растворимые стекла при одинаковой концентрации и одинаковом модуле значительно более вязкие. Щёлочность промышленных растворов щелочных силикатов калия характеризуется значениями рН 11-12.
Назначение: применяется для производства:
силикатных фасадных красок;
силикатных покрытий;
огнезащитных покрытий;
антикоррозионных покрытий;
защитно-декоративных покрытий:
покрытий для защиты от расплавленных металлов;
противопригарных покрытий;
силикатных клеев;
инъекционных составов для укрепления горных пород и грунтовок;
составов для пропитки пористых синтетических материалов, тканей, дерева, строительных изделий;
брикетирования (окускования) руд, концентратов, сорбентов и др.;
электродов.
Район строительства обоснован наличием в Павлодарской области Калкаманского месторождения песка с запасом 3337 тыс. м3, наличием транспортных магистралей, инженерные сети подключены к существующим сетям.
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Выбор сырьевых материалов и обоснование технологической схемы производства
2.1.1 Сырьевые материалы
- Кварцевый песчаник (SiO2)
Компонент для производства растворимых силикатов натрия и калия является кварцевый песок __ тонкопомольная порода, состоящая преимущественно (>96%) из зёрен кварца с размером частиц 0,15-0,3мм. Примесями кварца в песке являются минералы глин (каолинит, монтмориллонит и др.), щелочные алюмосиликаты (полевые шпаты, слюда и др.), железосодержащие минералы, карбонатные примеси. Для производства силикат-глыбы вредными примесями в песке являются минералы, повышающиеся сверх установленных пределов содержание в щелочно-силикатном стекле таких компонентов химического состава, как Al2O3, Fe2O3, CaO. Ограничения по содержанию в стекле примесей связаны с их отрицательным влиянием на процессы растворения силикат-глыбы в воде при производстве растворимого стекла.
Кварцевый песок для силикат-глыбы должен соответствовать требованиям ГОСТ 22551-77.
- Поташ (K2CO3)
Карбонат калия, известный так же как "углекислый калий" (Поташ) __ химическое соединение K2CO3, твёрдое белое кристаллическое вещество. Плотность порядка 2,44г/см3. Полностью растворим в воде
Карбонат калия получается путём электролиза хлорида калия, в результате чего образуется гидроксид калия, который, поступая в реакцию с углекислым газом, образует воду и карбонат калия.
2.2 Технологическая схема производства жидкого калиевого стекла
В соответствии с технологической схемой получения калиевого растворимого стекла со склада кварцевый песчаник (SiO2) в контейнерах подаётся в бункер. Из бункера SiO2 пластинчатым питателем подаётся на молотковую дробилку. Дробленый SiO2 выгружается в контейнер. Далее контейнер подаётся к автоклаву. Контейнер с SiO2 устанавливается над бункером, и SiO2 выгружается из контейнера через бункер в автоклав. В автоклав из сборника загружается поташ (К2СО3) и из сборника заливается горячая вода на 20 см выше уровня SiO2 и К2СО3. Разварка SiO2 и К2СО3 производится острым паром, подаваемым по трубопроводу в автоклав до достижения давления в автоклаве 0,6-0,7 МПа. После этого подача пара в автоклав прекращается, и дальнейший процесс растворения SiO2 и К2СО3 происходит за счёт тепла реакции. Контроль процесса осуществляется по плотности растворимого стекла. Из автоклава растворимое стекло с плотностью 1,34-1,36 т/м3 передавливается паром в аппарат с перемешивающимся устройством. Растворимое стекло из аппарата с перемешивающим устройством насосами через патронный фильтр подают в трёх секционный отстойник, в котором растворимое стекло выдерживается в течении 2-х суток. Собирающийся в нижней части отстойника шлам выгружают 1 раз в 2-3 месяца и вывозят в отвал. Чистое растворимое стекло из отстойника насосом перекачивается в склад готовой продукции, где фасуется в металлические фляги, бочки или барабаны, установленные на весах.
Технологическуая схема обоснованна наличием сырья – кварцевого песка.
Рисунок 1 - Технологическая схема
2.3 Расчёт материального баланса
Таблица 1 - Расчет производственной программы
Наименование продукции, единица измерения |
Производительность | |||
В час |
В смену |
В сутки |
В год | |
Жидкое калиевое стекло |
8,9 |
71,22 |
213,65 |
72000 |
Состав: кварцевый песчаник - 25,64%, поташ - 58,97%, вода - 15,39%.
При транспортировке, дроблении, растворении и отстаивании веществ происходят потери сырья на производстве. Вследствие этого необходимо корректировать количество сырья. В зависимости от соотношения веществ, в конечном продукте, подсчитаем вынужденные потери.
Потери.
Транспортировка - 0,5%.
Дробление - 1%.
Отстаивание - 0,5%
Растворение (в вращающем автоклаве):
K2CO3+SiO2+2H2O K2OxSiO2x2H2O+
В ходе этой реакции теряется CO2.
Рассчитаем молекулярную массу:
М (K2CO3) =39x2+12+16x3=138 а. е. м.
М (SiO2) =28+16x2=60 а. е. м.
М (2H2O) =2x (1x2+16) =36 а. е. м.
М (K2OxSiO2x2H2O) =39x2+16+28+16x2+2x (1x2+16) =190 а. е. м.
М (CO2) = 12+16x2=44 а. е. м.
- 100%
- Х%;
Х=18.8%;
В ходе расчета получили, что при растворении в вращающем автоклаве теряется 18,8% - CO2
Кварцевый песчаник 25,64%
М=72000-25,64%=18460,8 т
М=18460,8+5%=19383.84 т
Мп=19383.84 +0,5%+1%+0,5%=19773.94 т;
Поташ 58,97%
М=72000-58,97%=42458,4 т
Мп=42458,4+18,8%=58422,7584 т;
Вода 15,39%
Мп=72000-15,39%=11080,8 т
Мп=19773.94+58422,7584 +11080,8 =89277,4984 т
Потери при отстаивании и транспортировки на склад:
Мп=89277,4984+0,5%=89723,89т - необходимое общее количество жидкого калиевого стекла:
3 смены в день, непрерывный рабочий график.
Рабочих дней 337.
Количество часов в год 8088 ч
Таблица 2 - Потребность цеха в сырье для выполнения производственной программы
Единицы измерения времени |
Наименование продукции | ||||
Кварцевый песчаник, т |
Поташ, т |
Вода, т |
Кварцевый песчаник + Поташ + Вода, т |
Жидкое калиевое стекло, т | |
В час |
2.44 |
7,22 |
1,37 |
11,04 |
11,09 |
В смену |
19.56 |
57,79 |
10,96 |
88,31 |
88,75 |
В сутки |
58.68 |
173,36 |
32,88 |
264,92 |
266,24 |
В год |
19773,94 |
58422,76 |
11080.8 |
89277,5 |
89723,89 |
2.4 Выбор и расчёт
основного технологического
Количество каждого вида оборудования, необходимого для производства определяется по формуле (2):
Nобор=Пчас/Ппасп x Кисп,
где Пчас - необходимая производительность цеха или передела, т/час;
Ппасп - необходимая производительность отдельного вида оборудования, т/час;
Кисп - коэффициент использования оборудования, по нормативам обычно 0,85-0,95.
Таблица 3 - Спецификация оборудования
№ п/п |
Наименование |
Тип или марка |
Краткая техническая характеристика |
Мощность электро-двигателя, кВт |
Коли-чест-во, шт. |
Габаритные размеры, мм |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1. |
Пластинчатый питатель |
СМК-351 |
производи-тельность - 17-100т/ч |
5,5 |
1 |
длина 8750,ширина 3366,высота 2100 |
2. |
Молотковая дробилка |
СМД-112 |
производи-тельность - до 12т/ч |
18,5 |
1 |
длина 1031,ширина 1100,высота 1150 |
3. |
Вращающий автоклав |
ГВ |
производи-тельность за 1 операцию - 6т |
7,5 |
7 |
|
4. |
Аппарат с перемешивающим устройством |
вээ1-25-1.6 |
частота вращения мешалки - 22 об/мин, рабочий объем - 22,9м3 |
20 |
4 |
диаметр-2400 |
5. |
Шнековый насос |
C17 |
Производи-тельность - 49,5 м3/час |
15,5 |
4 |
520x279x 356 |
6. |
Патронный фильтр |
ФПН-36 |
Производи-тельность - 36м3/час |
- |
4 |
диаметр 368; высота 1587 |
7. |
Трёх секционный отстойник |
4 |
1 Пластинчатый питатель применяют в технологических линиях на заводах по производству жидкого калиевого стекла и предназначен для объемного дозирования и подачи сырья из бункера в технологическую линию.
2 Молотковая дробилка пригодна для среднего и крупного дробления. Она главным образом предназначена для измельчения различных мягких и твердых руд, которых прочность на сжатие не выше 320Мпа.
3 Вращающий автоклавы типа ГВ (горизонтальные вращающиеся) предназначены для варки растворимого стекла.
Процесс варки осуществляется при 0,3-0,7 МПа и температуре 135-1650С.
4 Аппарат с перемешивающим устройством предназначен для проведения в агрессивных жидкостях различных химических процессов с подогревом или охлаждением и перемешиванием среды.
5 Шнековый насос предназначен для густых текучих масс с допустимым вкраплением воздуха и твердых частиц. Шнековый насос обеспечивает перекачивание продуктов содержащих абразивные частицы.
6. Патронный фильтр используют
для очистки пищевых и не
пищевых жидкостей от
7 Трёх секционный отстойник предназначается для отстаивания растворимого стекла в течении 2-х суток.
2.5 Расчёт потребности в энергетических ресурсах
К энергетическим ресурсам относятся топливо, пар, электроэнергия и сжатый воздух.
Таблица 4 - Расход электроэнергии
№ п/п |
Наименование оборудования с электродвигат-елем |
Кол-во единиц обору-дования |
Мощность электродви-гателя |
Коэфф. исполь-зования во времени |
Коэфф. загруж-енност. по мощно-сти |
Потреб-ляемая электро-энергия с учетом коэфф. аисполь-зования и загруже-нности по мощно-сти, кВт∙ч | |
Едини-цы |
Общая | ||||||
1. |
Пластинчатый питатель |
1 |
5,5 |
5,5 |
0,1 |
0,8 |
0,44 |
2. |
Молотковая дробилка |
1 |
18,5 |
18,5 |
0,096 |
0,8 |
1,42 |
3. |
Вращающийся автоклав |
7 |
7,5 |
52,5 |
0,143 |
0,8 |
6,01 |
4. |
Аппарат с перемешивающим устройством |
4 |
20 |
80 |
0,226 |
0,8 |
14,46 |
5. |
Шнековый насос |
4 |
15,5 |
62 |
0,105 |
0,8 |
5,21 |
Итого: |
17 |
67 |
218,5 |
27,54 | |||
Потребляемую мощность получают умножением мощности каждого электродвигателя на коэффициент загрузки и использования во времени.
Годовой расход электроэнергии (Эгод) определяется как сумма энергозатрат - итоговый результат последней колонки таблицы.
Удельный расход электроэнергии на товарную единицу продукции определяют по формуле (3)
Эуд=Эгод/Пгод,
где Пгод - годовая производительность по основному виду продукции, 72000т.
ЭУД =27,54/72000=0,0038кв x ч/т
3 КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА И КАЧЕСТВА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ.
3.1 Входной контроль
- Кварцевый песок по ГОСТ 2255-77.
Обогащенные и необогащенные кварцевый песок, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц должны соответствовать требованиям настоящего стандарта.
Обогащенные и необогащенные кварцевый песок, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц по физико-химическим показателям должны соответствовать нормам, указанным в приложении 1.
При содержании в кварцевых песках марок ООВС-010-В и ООВС-015-1 тяжелой фракции в пределах допуска настоящего стандарта допускается массовая доля Cr2О3 не более 0,00015%; TiO2 не более 0,05%; V2O5 не более 0,001%.
Для обогащенных кварцевых песков марок ОВС-020-В и ОВС-025-1 допускается массовая доля Сr2О3 не более 0 0003%
Массовая доля влаги в необогащенных песках с 15 сентября по 15 мая не более 10%.
При транспортировании песков, подвергающихся смерзанию в пути, в период с 15 ноября по 15 марта поставщик должен принимать профилактические меры, предотвращающие их смерзание.
Допускается по согласованию с потребителем содержание влаги в обогащенных песках всех марок не более 7%.
При влажности песка более 10% необходимо проводить дополнительное дренирование.
Изменением N 5, утвержденным постановлением Госстандарта РФ от 1 сентября 1992 г. N 1078, пункт 2.5 настоящего ГОСТа изложен в новой редакции, введенной в действие с 1 января 1993 г.
Допускаемые отклонения в содержании окиси кремния (SiO2) и окиси алюминия (Аl2О3) не должны превышать величин, указанных в приложении 2.
Кварцевый песок, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц по остаткам на ситах с сетками N 08 и 01 должны соответствовать нормам, указанным в приложении 3.
необогащенный - не более 10%;
обогащенный - не более 5%.
В кварцевом песке, молотых песчанике, кварците и жильном кварце всех марок не допускается наличие посторонних примесей, видимых невооруженным глазом: остатков хромовой руды, цемента, битого стекла, кирпичей, щепы, угля и т.д.
- Поташ по ГОСТ 10690-73.
Физико-химические показатели (по ГОСТ 10690-73 Калий углекислый технический (поташ). Технические условия).кальцинированного и полутораводного калия углекислого указаны в таблице 5.
Таблица 5.
Наименование показателя |
Норма для сорта | ||
Первый |
Второй |
Третий | |
1.* Массовая доля углекислого калия (K2CO3), %, не менее |
98.0 |
94.0 |
92.5 |
2.* Массовая доля натрия в пересчете на Na2CO3, %, не более |
0.6 |
3.2 |
5.0 |
3.* Массовая доля хлоридов в пересчете на Cl–, %, не более |
0.05 |
1.0 |
2.0 |
4.* Массовая доля сернокислых солей в пересчете на SO4²־, %, не более |
0.4 |
0.6 |
0.9 |
5.* Массовая доля железа в пересчете на Fe2O3, %, не более |
0.001 |
0.005 |
- |
6.* Массовая доля алюминия в пересчете на Al2O3, %, не более |
0.25 |
0.8 |
1.0 |
7.* Массовая доля не растворимого в воде остатка, %, не более |
0.05 |
0.10 |
- |
8. Массовая доля потери массы при прокаливании при 500°С, %, не более для кальцинированного для полутораводного |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
18.5 |
20.0 |
20.0 | |
* Нормы по показателям пп. 1-7 даны в пересчете на прокаленное вещество.
3.2 Приёмка
Кварцевый песок:
1 Кварцевый песок принимают партиями. Партией считается количество продукции одного месторождения, одной марки, оформленное одним документом о качестве, в котором указывают:
наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак;
наименование и марку продукции;
номер и дату выдачи документа;
результаты испытаний;
дату отгрузки;
массу партии;
номер партии;
номер вагона или номер контейнеров;
обозначение настоящего стандарта.
2 Для контроля качества продукции, упакованной в мешки, точечные пробы отбирают от 5% мешков, но не менее чем от пяти мешков.
3 При несоответствии результатов испытаний требованиям настоящего стандарта хотя бы по одному из показателей проводят повторное испытание по этим показателям. Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.
Поташ:
Поташ поставляют партиями. Партией считают продукт, однородный по своим качественным показателям, одновременно отправленный в один адрес и сопровождаемый одним документом о качестве, в количестве не более 200т.
Документ о качестве должен содержать:
наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак;
наименование и сорт продукции;
номер партии;
дату изготовления;
массу нетто;
обозначение настоящего стандарта;
классификационный шифр 9163 по ГОСТ 19433;
результаты проведённых анализов или подтверждение о соответствии качества продукта требованиям настоящего стандарта.
Для проверки качества
поташа на соответствие его
показателей требованиям
Допускается отбор проб у изготовителя с помощью механизированных или автоматизированных пробоотборников пересечением потока продукции при загрузке каждого 10 мешка, каждого контейнера или вручную пересечением потока продукта через каждые 4-5мин.
При получении
Результаты повторных анализов распространяются на всю партию.
3.3 Отбор проб
Кварцевый песок:
1 Отбор проб для упакованной продукции производят щупом произвольно из любой точки мешка или контейнера.
От каждого мешка или контейнера должна быть отобрана одна точечная проба массой не менее 0,1 кг.
Отбор проб для испытания продукции без упаковки производят следующим способом:
от продукции, находящейся на складе, __ тупом из восьми разных точек, расположенных на равном расстоянии друг от друга и на расстоянии не менее 0,5м от края насыпи. Масса точечной пробы должна быть не менее 0,25кг;
от продукции загружаемой в транспортные средства, __ восемь точечных проб при пересечении струи материала или с ленты конвеера с переходом отбора (t) в минутах, вычисляемым по формуле (4):
t= (60 x m) / (8xQ)