Расчет технологических параметров производства силикатных материалов с помощью электронных таблиц EXCEL

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. ШУХОВА»

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ЦЕМЕНТА И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Курсовая работа

По дисциплине: «Компьютерные технологии в производстве силикатных материалов»

Тема: «Расчет технологических параметров производства силикатных материалов с помощью электронных таблиц EXCEL»

Выполнил: студент ИСМиТБ группы ХТ-23

Макущенко И.С.

Приняла: к.т.н., доц. Головизнина Т.Е.

Белгород 2014

Часть 1. Расчет сырьевой смеси

портландцемент железобетонный клинкер

Портландцемент -- основное вяжущее, применяемое в современном строительстве для изготовления монолитных и сборных железобетонных конструкций.

Портландцемент -- важнейший представитель строительных цементов. Строительные цементы -- это собирательное название группы гидравлических вяжущих, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция. Среди этих вяжущих выделяют цементы на основе портландцементного клинкера (портландцемент, шлакопортланд-цемент, пуццолановый портландцемент) и цементы на основе глиноземистого клинкера (глиноземистый, высокоглиноземистый и гипсоглино-земистый)[1].

Сырьевыми материалами для изготовления портландцементного клинкера являются карбонатные и глинистые горные породы. Главное химическое соединение карбонатных пород (известняка, мела) -- карбонат кальция СаСО3. Глинистые породы (в основном глины) содержат различные алюмосиликаты типа. Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 3:1, т.е. на 1 мас. ч. глины должно приходиться 3 мас. ч. известняка. Известна горная порода -- мергель, представляющая собой природную тесную смесь известняка и глины именно в таком соотношении. Там, где есть запасы мергеля, цементные заводы пользуются этим сырьем.

Производство портландцемента включает в себя следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, обжиг этой смеси и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса.

Приготовление сырьевой смеси заключается в получении однородной тонкоизмельченной смеси известняка и глины. Эту операцию осуществляют сухим или мокрым способом. При сухом способе подвергают совместному измельчению сухие материалы, из которых удаляют свободную влагу до остаточной влажности не более 1...2 %. Сухой способ особенно выгоден, если влажность сырья небольшая.

К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция), а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция). Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять свойства минералов.

Алит -- основной минерал клинкера. Его химическая формула З СаО * Si02, сокращенно C3S*. Алита в клинкере содержится 45...60%, т.е. больше, чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой прочностью.

Белит -- второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается формулой 2СаО * Si02, сокращенно C2S. Содержание его в клинкере 20...30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения.

По этим характеристикам можно составить представление о том, как влияет количественное соотношение между минералами в клинкере на свойства цемента. Так, для получения быстротвердеющего цемента надо увеличить содержание в клинкере наиболее быстротвердеющих соединений, т.е. C3S и С3А. Такой цемент одновременно обладает и большим тепловыделением. Свойство быстрого твердения используют при производстве сборного железобетона на заводах, где важно сократить длительность технологического цикла. Бетон, изготовленный на цементе с высоким содержанием C3S и С3А, можно употреблять для работ в зимнее время: из-за большого тепловыделения цемента конструкция медленно остывает даже на морозе, и бетон набирает достаточно высокую прочность[2].

При бетонировании массивных конструкций важно предотвратить излишний саморазогрев бетона, который может вызвать его растрескивание. В этом случае применяют цемент с низким тепловыделением, т.е. относительно малым содержанием C3S и С3А.

Минералы цементного клинкера способны энергично взаимодействовать с водой, образуя гидратные соединения. Клинкерные минералы растворяются в воде в большей или меньшей степени, а продукты гидратации цемента (так называемые новообразования или кристаллогидраты) в воде практически нерастворимы. В противном случае отвердевшие цемент или бетон не были бы водостойкими[3].

В результате взаимодействия цемента с водой получаются новые соединения, в состав которых входит химически связанная вода: гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидроксид кальция. Они и обусловливают формирование прочной структуры твердеющего цемента.

Все химические реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой -- экзотермические, т.е. сопровождаются выделением теплоты. Эк-зотермия цемента может рассматриваться и как положительное явление (например, при зимнем бетонировании), и как отрицательное (при бетонировании массивных конструкций или производстве работ в жаркую сухую погоду).

К одному из продуктов взаимодействия силикатных минералов (алита и белита) с водой относится гидроксид кальция. Это значит, что в результате твердения в цементном камне всегда возникает щелочная среда. Данное явление также имеет свои плюсы и минусы. В щелочной среде, как известно, не происходит коррозии железа. Поэтому бетоны на портландцементе (и его разновидностях) хорошо защищают стальную арматуру от коррозии. Это одно из основных условий высокой долговечности железобетона[4].

Сырьевые смеси для производства силикатных материалов готовится из природных компонентов и (или) отходов промышленности. Технологический расчет сырьевой смеси состоит в нахождении соотношения сырьевых компонентов, которое обеспечит получение продукта или полуфабриката с заранее заданными характеристиками. Например, для производства цемента используется сырьевая смесь, состоящая из четырех основных оксидов: оксид кальция - CaO, оксид кремния - SiO2, оксид алюминия - Al2O3 и оксид железа - Fe2O3. Эти четыре оксида очень редко встречаются в необходимом соотношении в одном виде сырья. Как правило, для трехкомпонентной сырьевой смеси используют известковый компонент (СаСО3), глинистый компонент (nSiO2mAl2O3xH2O) и корректирующую добавку, которая чаще всего служит источником Fe2O3.

Весь расчет сырьевой смеси сводится к решению системы линейных уравнений. В качестве заданных характеристик клинкера для расчета используются коэффициент насыщения (КН) и модульные характеристики клинкера (n или p). Для расчета так же необходимо знать химический состав сырьевых компонентов.

Расчеты сырьевой смеси приведены в таблице 1.

Вывод:

Технологический расчет сырьевой смеси проводим для нахождения соотношения сырьевых компонентов, которое обеспечит получение продукта при заданных характеристиках. При заданных коэффициентах насыщения КН и n определили состав сырьевой смеси и клинкера, а также минералогический состав клинкера. Содержание всех компонентов сырьевой смеси равно100%.

Таблица 1

Часть 2. Расчет горения газообразного топлива

Природный газ -- смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ, газ относится к группе осадочных горных пород.

Качество топлива является критичным в производстве цемента. Топливо -- не только источник энергии, необходимый для нагрева материала до температуры спекания, обычно 1350 °C, но и источник сырьевого материала, поскольку топливо в реальном процессе смешивается с сырьевым материалом. Поэтому химический состав золы также важен. Для каждого вида топлива в модель вводится новым компонент. Один топливный компонент описывается химической формулой, рассчитанной путем химического анализа, а его молекулярная масса принимается за 1000 г сухого вещества на моль. Энтальпия образования каждого топлива затем рассчитывается как энтальпия продуктов минус энтальпия реагентов. Энтальпия реагентов аппроксимируется с калориметрической теплотворностью сухого образца топлива.

Расчет горения топлива сводится к определению теплоты горения топлива (кДж/нм3 газа), количества воздуха, необходимого для сгорания топлива (теоретического и действительного, соответственно и нм3/нм3 газа) и выхода продуктов горения (нм3/нм3 газа). Для расчета необходимо знать состав рабочей массы топлива и коэффициент избытка воздуха , который для вращающихся печей изменяется от 1,05 до 1,3 в зависимости от свойств используемого топлива. Все расчеты проводятся на 1 нм3 газообразного топлива.

Формулы для расчета горения природного газа:

8С5);

где , и т.д. - процент составляющих природного газа .

Массовый расход воздуха ( и , кг/нм3 газа) и выход продуктов горения (Gпг,кг/нм3 газа) определяют с учетом плотности газов:

GПГ=GСО2+GН2О+GN2+GO2

Результаты расчета сводят в таблицу материального баланса горения топлива при действительном расходе воздуха. Сумма масс не должна расходиться более чем на 1%.

Расчеты расхода топлива приведены в таблице 2.

Вывод:

Определили количество топлива, которое необходимо для оптимального обжига сырьевой смеси при постоянной температуре и количество воздуха, необходимое для подачи на горения для полного сгорания топлива. Определили массовый и объемный расход топлива, а также определили материальный баланс его состава. Невязка составляет 0,23911%, следовательно все приходящее топливо в полной мере расходуется на обжиг сырьевой смеси.

Таблица 2

Часть 3. Презентация «Умные полимеры»

Искусственные органы, саморазрушающийся пластик, самовосстанавливающийся материал - все это мечты людей о способах облегчить свой быт и улучшить качество жизни, но мечты становятся реальностью и на помощь приходят «умные» полимеры. Эти вещества позволяют гораздо упростить проблемы лечения, утилизации продуктов или их восстановления. Вживляемые в человеческий организм технические приборы не могут сравниться по эффективности с живыми органами, так как в отличие от них искусственные органы функционируют только по определенной программе, заложенной человеком.

Однако «умные» полимеры, по аналогии с живой материей, способны самостоятельно воспринимать информацию из окружающей среды и изменяться в соответствии с этой информацией.

Полимерные гидрогели на основе «умных» полимеров - это пористые, хорошо набухающие, но не растворяющиеся в воде материалы, которые при изменении внешних условий, например, температуры, кислотности окружающей среды или ее химического состава, способны изменять степени набухания в воде или даже переходить в растворимое состояние.

При добыче нефти зачастую приходится сталкиваться с проблемами очистки нефти от воды или песка. «Умные» полимеры, закачанные в нефтяную скважину способны блокировать водные слои, за счет более весомой плотности воды. И тем самым очищая нефть от воды.

Если же в нефти, как это часто бывает, присутствует песок или другие загрязнители, специальные полимеры впитывают их в себя, вытесняя из них молекулы нефти, тем самым облегчая ее очистку. Полимер в зависимости от окружения выбирает, что ему делать: блокировать или не блокировать тот или иной элемент. Все это связано с тем, что полимеры можно запрограммировать практически под любой вид операций.

Невероятное изобретение представили испанские ученые из Центра электрохимических технологий в Бильбао. Ими был создан пластик, который восстанавливается самостоятельно в обычных, не лабораторных условиях без какого-либо вмешательства человека.

Название для такого необычного материала было придумано соответствующее -- T-1000, по аналогии с Терминатором из жидкого металла (фильм Terminator 2), который мог самостоятельно восстановиться после любых повреждений. К сожалению, разорванный пластик еще не научили «сползаться», но самостоятельно склеиваться он уже умеет.

Причем «заживляются» не только царапины или порезы -- полимер можно разрезать на две части, положить одну на другую, и в течение всего двух часов это уже будет один кусок, который невозможно порвать на месте бывшего разреза.

В основе необычного материала лежат обычные полимеры -- полимочевина и полиуретан, а также так называемые ароматические дисульфиды, которые после разрезания и дальнейшего соединения начинают вступать между собой в реакцию обмена, которая происходит даже в обычных условиях при комнатной температуре. Отмечается, что для срастания на 97% достаточно всего 2 часов.

Изобретатели материала отмечают, что новый пластик дешев, а значит, может использоваться повсеместно. Таким образом, уже через несколько лет мы сможем не беспокоиться за внешний вид смартфонов и планшетов -- любая царапина или трещина на них будет исчезать сама собой, разумеется, если корпуса аппаратов будут выполнены из этого чудесного пластика.

Ученые не останавливаются на достигнутом и надеются, что когда - то выбросив пакет в мусорные ведро вечером, утром просто не окажется в ведре, пакет распадется на безвредные для экологии и человека элементы и исчезнет.

Список литературы

1. Справочник по производству цемента / под ред. Н.Н. Холина. - И.: Госстройиздат, 1963. - 852с., ил.

2. ГаряевС.Г., Сопин М.В. Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций БелГТАСМ Чаус К.В.,

3. Сулименко Л.М. Технологии минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2000

4. Чистов Ю.Д., Лабзина Ю.В.: Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций; М.: Стройиздат 1988

Размещено на Allbest.ru