Расчет известкового завода с производительностью 35000 т/год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Строительными вяжущими веществами называются порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобообрабатываемую массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело.

Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов с последующей термической обработкой. В этих условиях протекают разнообразные физико-химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемыми свойствами.

Минеральные вяжущие используются в подавляющем большинстве случаев в смеси с водой и с так называемыми заполнителями, которые представляют собой минеральные (а иногда и органические) материалы, состоящие из отдельных зерен, кусков, волокон разных размеров.

Строительные изделия на основе вяжущих бывают различной формы и размеров, начиная от набольших плиток и кончая крупными элементами сборных железобетонных конструкций.

I. Технология производства

I.I Сырье и его свойства

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 СаСОз и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.).

Теоретически карбонат кальция состоит из 56% СаО и 44% СО₂. Он встречается в виде двух минералов -- кальцита и арагонита.

Кальцит или известковый шпат кристаллизуется в гексагональной системе. Его кристаллы имеют форму ромбоэдров. Плотность кальцита 2,6--2,8 г/см³; твердость по десятибалльной шкале (шкала Мооса) -- 3. Кальцит хорошо растворяется при обычной температуре в слабой соляной кислоте с выделением углекислого газа. Доломит при таких условиях не разлагается (этим пользуются при определении вида горных пород).

Арагонит -- менее распространенный минерал, кристаллизуется в ромбической системе. Его плотность 2,9--З г/см³, твердость 3,5--4. При нагревании до температуры 300-- 400° С арагонит превращается в кальцит, рассыпаясь в порошок.

В доломитизированных известняках в качестве примеси присутствует доломит СаСОз * MgCOe. Теоретически доломит состоит из 54,27% СаСОз и 45,73% MgCO₃ или 30,41% СаО, 21,87% MgO и 47,72% СО₂. Плотность доломита 2,85--2,95 г/см³. Доломитовые породы почти нацело слагаются минералом доломитом с тем или иным содержанием глинистых, песчаных, железистых и тому подобныхпримесей.

Чистые известково-магнезиальные породы -- белого цвета, однако они часто бывают окрашены примесями окислов железа в желтоватые, красноватые, бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями -- в серые и даже черные цвета. Количество и вид примесей к карбонатным породам, размеры частиц примесей, а также равномерность распределения их в основной массе в большой степени отражаются на технологии производства извести, выборе печей для обжига, оптимальной температуре и продолжительности обжига, а также на свойствах получаемого продукта.

Обычно чистые и плотные известняки обжигаются при температурах до 1100--1250° С. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита, глины, песка и т. п., тем ниже должна быть оптимальная температура обжига (900--1150° С) для получения мягкообожженной извести. Такая известь хорошо гасится водой и дает тесто с высокими пластичными свойствами.

Раньше считали, что высококачественную известь можно получать только из чистых известняков с малым содержанием примесей (до 2--3%). Новые исследования показали, что из известняков со значительным количеством примесей глины и тонкодисперсного кварцевого песка (до 5--7%), равномерно распределенных в общей массе, при правильном ведении обжига также можно получать известь, дающую при гашении высокий выход пластичного теста. При этом лучшую по качеству известь получают из пород, в которых равномерно распределенные примеси присутствуют в виде частичек размером до 1 мкм.

Примеси гипса нежелательны. При содержании в извести даже около 0,5--1% гипс сильно снижает пластичность известкового теста. Значительно влияют на свойства извести железистые примеси (особенно пирита), которые уже при температурах 1200° С и более вызывают образование в процессе обжига легкоплавких эвтектик, способствующих интенсивному росту крупных кристаллов окиси кальция, медленно реагирующих с водой при гашении извести и вызывающих явления, связанные с понятием «пережог».

Таблица 1. Примерная классификация сырья для производства известковых вяжущих веществ

Сырье	Содержание, %	Получаемая известь
	СаСО3	MgCO3	Глинистые примеси
Известняк: Чистый Обычный Мергелистый Доломитизированный Доломит Доломитизированный мергелистый известняк	95 - 100 87 - 95 75 - 90 75 - 90 55 - 75 50 - 70	0 - 3 0 - 3 0 - 5 5 - 20 25 - 45 5 - 25	0 - 2,5 3 - 8 8 - 25 0 - 8 0 - 8 8 - 30	Маломагнезиальная жирная Маломагнезиальная тощая Гидравлическая Магнезиальная Доломитовая Магнезиальная гидравлическая

Физико-механические свойства пород также отражаются на технологии извести. Для обжига в высоких шахтных печах пригодны лишь те породы, которые характеризуются значительной механической прочностью (прочность на сжатие не менее 20--30 МПа); куски породы должны быть однородными, неслоистыми; они не должны рассыпаться и распадаться на более мелкие части во время нагревания, обжига и охлаждения. Рассыпаться во время обжига склонны крупнокристаллические известняки, состоящие из кристаллов кальцита размерами 1--3 мм. Мягкие разновидности известково-магнезиальных пород (мел и т. п.) надо обжигать в печах, в которых материал не подвергается сильному измельчению (вращающиеся и др.).

Известково-магнезиальные породы в зависимости от их химического состава являются сырьем для производства не только воздушной, но и гидравлической извести, а также портландцемента. В табл. 1 приведена примерная классификация известково-магнезиальных горных пород, применяемых для производства воздушной и гидравлической извести, а также их разновидностей. По ГОСТ 21-27-76 в зависимости от химического состава карбонатные породы делят на семь классов: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж (табл. 2).

Таблица 2. Требования к химическому составу известняков для производства известковых вяжущих

Компоненты	Содержание, %
	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж
СаСО3, не менее MgCO3, не более Глинистые примеси (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3), не более	92 5 3	86 6 8	77 20 3	72 20 8	52 45 3	47 45 8	72 8 20

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; доломитизированный известняк; доломит.

Мрамор по химическому составу (СаСО₃ или СаСО₃ + MgCO₃) -- 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. Плотные известняки наиболее широко используются для получения извести.

Мел -- мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающаяся на мелкие куски. Его обычно обжигают лишь во вращающихся печах, так как при обжиге в шахтных печах он легко крошится, что нарушает процесс обжига. Известняковый туф отличается ноздреватым строением и большой пористостью; иногда его используют для производства извести во вращающихся и шахтных печах (в зависимости от прочности).

Известняк-ракушечник состоит из раковин, сцементированных углекислым кальцием. Представляет собой малопрочную горную породу, поэтому редко применяется для изготовления извести.

Оолитовый известняк -- горная порода, состоящая из отдельных шариков карбоната кальция, сцементированных тем же веществом. Доломитизированные известняки и доломиты по своим физико-механическим свойствам сходны с плотными известняками. Иногда доломиты залегают в природе в виде рыхлых скоплений. Объемная масса плотных известняков составляет 2400-- 2800, мела -- 1400--2400 кг/м ⁸. Влажность известняков колеблется в пределах 3--10, а мела --15--25%. Широкое распространение карбонатных горных пород способствует развитию производства извести почти во всех экономических районах страны. Сырьем для производства воздушной извести могут служить не только специально добываемые для этой цели карбонатные породы, но и отходы при добыче известняков для нужд металлургической, химической, строительной и других отраслей промышленности. Наконец, для этой цели в ряде случаев используются побочные продукты в виде дисперсного карбоната кальция или гидрата окиси кальция (карбонатные отходы сахарного и содового производства, гидратная известь от производства ацетилена и др.).

I.II Материал и требования к нему

Строительной воздушной 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. Воздушная известь относится к классу воздушных вяжущих: при обычных температурах и без добавок пуццолановых веществ она твердеет лишь в воздушной среде. Различают следующие виды воздушной извести: известь негашеную комовую; известь негашеную молотую; известь гидратную (пушонку); известковое тесто. Известь негашеная комовая представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига при взаимодействии глины и кварцевого песка с оксидами кальция и магния.

Известь негашеная молотая - порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести. По химическому составу она подобна комовой извести. Гидратная известь - высокодисперсный сухой порошок, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты. Гидратная известь состоит преимущественно из гидроксида кальция Са(ОН) ₂, а также гидроксида магния Mg(OH)₂ и небольшого количества примесей (как правило карбоната кальция). Качество воздушной извести оценивается по разным показателям, основым из которых является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния (активность извести). Чем выше их содержание, тем выше качество извести. 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 СаСО₃, и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.).

Теоретически карбонат кальция состоит из 56% СаО и 44% СО₂. Он встречается в виде двух минералов - кальцита и арагонита. Чистые известково-магнезиальные породы - белого цвета, однако они часто бывают окрашены примесями оксидов железа в желтоватые, красноватые, бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями - в серые и даже черные цвета. Количество и вид примесей к карбонатным породам, размеры частиц примесей, а также равномерность распределения их в основной массе в большой степени отражаются на технологии производства извести, выборе печей для обжига, оптимальной температуре и продолжительности обжига, а также на свойствах получаемого продукта. Обычно чистые и плотные известняки обжигают при 1100 - 1250 ?С. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита, глины, песка и т. п., тем ниже должна быть оптимальная температура обжига (900 - 1150 ?С) для получения мягкообожженной извести. Такая известь хорошо гасится водой и дает тесто с высокими пластичными свойствами. Примеси гипса нежелательны. При содержании в извести даже около 0,5 - 1 % гипс сильно снижает пластичность известкового теста. Значительно влияют на свойства извести железистые примеси (особенно пирит), которые уже при 1200?С и более вызывают образование в, процессе обжига легкоплавких эвтектик, способствующих интенсивному росту крупных кристаллов оксида кальция, медленно реагирующих с водой при гашении извести и вызывающих явления, связанные с понятием «пережог». Физико-механические свойства пород также отражаются на технологии извести.

Для обжига в высоких шахтных печах пригодны лишь те породы, которые характеризуются значительной механической прочностью (прочность на сжатие не менее 20 - 30 МПа). Куски породы должны быть однородными, неслоистыми; они не должны рассыпаться и распадаться на более мелкие части во время нагревания, обжига и охлаждения. Рассыпаться во время обжига склонны крупнокристаллические известняки, состоящие из кристаллов кальцита размером 1 - 3 мм. Мягкие разновидности известково-магнезиальных пород (мел и т. п.) надо обжигать в печах, в которых материал не подвергается сильному измельчению (вращающиеся и др.).

Таблица 3

Показатели	Нормы для извести
	Кальциевой, сортов	Магнезиальной и доломитовой, сортов
	1-го	2-го	3-го	1-го	2-го	3-го
Содержание активных СаО + MgO в пересчете на сухое вещество, %, не менее а) в негашеной извести без добавок б) в негашеной извести с добавкой Содержание активной MgO, %, не более Содержание углекислоты СО2, %, не более	90 64 5 3	80 52 5 5	70 -- 5 8	85 64 20(40*) 5	75 52 20(40*) 8	65 -- 20(40*) 11

*В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести.

I.III Производство извести

Производство комовой негашеной извести состоит из следующих основных операций: добычи и подготовки известняка, подготовки топлива и обжига известняка.

Известняки добывают обычно открытым способом в карьерах. Плотные известково-магнезиальные породы взрывают. Для этого вначале с помощью станков ударно-вращательного (при твердых породах) или вращательного бурения (при породах средней прочности) бурят скважины диаметром 105 - 150 мм глубиной 5 - 8 м и более на расстоянии 3,5 - 4,5 м одна от другой. В них закладывают надлежащее количество взрывчатого вещества (игданита, аммонита) в зависимости от прочности породы, мощности пласта и требуемых габаритов камня.

Наблюдающаяся иногда неоднородность залегания известняков в месторождениях (по химическому составу, прочности, плотности и т. п.) обусловливает необходимость выборочной разработки полезной породы. Выборочная добыча известняка повышает стоимость продукта, поэтому при определении технической и экономической целесообразности разработки тех или иных месторождений необходимы тщательные геологоразведочные изыскания.

Полученную массу известняка в виде крупных и мелких кусков погружают в транспортные средства обычно одноковшовым экскаватором. В зависимости от расстояния между карьером и заводом известняк доставляют на завод ленточными конвейерами, автосамосвалами, железнодорожным и водным транспортом. Высококачественную известь можно получить только при обжиге карбонатной породы в виде кусков, мало различающихся по размерам. При обжиге материала в кусках разного размера получается неравномерно обожженная известь (мелочь оказывается частично или полностью пережженной, сердцевина крупных кусков - необожженной). Кроме того, при загрузке шахтных печей кусками разного размера значительно увеличивается степень заполнения печи, а следовательно, уменьшается газопроницаемость материала, что затрудняет обжиг. Поэтому перед обжигом известняк соответствующим образом подготавливают: сортируют по размеру кусков и, если необходимо, более крупные негабаритные куски дробят.

В шахтных печах наиболее целесообразно обжигать известняк раздельно по фракциям 40 - 80, 80 - 120 мм в поперечнике, а во вращающихся печах - 5 - 20 и 20 - 40 мм. Так как размеры глыб добытой горной породы нередко достигают 500 - 800 мм и более, то возникает необходимость дробления их и сортировки всей полученной после дробления массы на нужные фракции. Это осуществляется на дробильно-сортировочных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу с использованием щековых, конусных и другого типа дробилок. Дробить и сортировать известняк целесообразно непосредственно на карьере и доставлять на завод лишь рабочие фракции. Обжиг - основная. технологическая операция в производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта.

Цель обжига:

1) возможно полное разложение СаСО₃ и MgCO₃ CaCO₃ на СаО, MgO и СО₂;

2) получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек м 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.

Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого продукта. Для увеличения производительности известеобжигающих печей и снижения пережога поверхностных слоёв кусков желательно в допустимых пределах уменьшения их размеров. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров. Основное различие в технологиях производства комой негашеной извести - в способе обжига. Обжигают известняк в различных печах: шахтных, вращающихся и кипящего слоя; используют также установки для обжига известняка во взвешенном состоянии и т. д.

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.

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 температураобжигаемого материала изменяется в пределах 850 - 1200 - 900^о С; здесь известняк разлагается и из него удаляется углекислый газ. В зоне охлаждения - нижней части печи - известь охлаждается с 900 до 50 - 100^о 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 жидкомтопливе позволяет значительно улучшить качество извести, однако конструкции шахтных печей, использующих эти виды топлива, требуют усовершенствования, особенно в отношении подачи топлива в печь.

Вращающиеся печи для обжига извести позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из известняка и мягких карбонатных пород ( мела, туфа, ракушечника ) в виде мелких кусков. В них можно механизировать и автоматизировать процессы обжига, применять все виды топлива - пылевидное, твердое, жидкое и газообразное, но они отличаются большим расходом топлива, повышенными капиталовложениями и расходом электроэнергии.

Весьма эффективным является обжиг в «кипящем» слое, обеспечивающий быструю передачу большого количества тепла от газа к обжигаемому материалу.

Обжигают известь в кипящем слое в реакторе, представляющим собой металлическую шахту, разделенную по высоте на 3 - 5 зон. По периферии реактора расположены горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Применение в известковой промышленности установок для обжига карбонатных пород в кипящем слое позволяет рационально использовать большое количество мелких фракций сырья, образующихся обычно на карьерах и заводах, шахтными и даже вращающимися печами.

Обжиг измельченного известняка во взвешенном состоянии осуществляют в обжиговых трубах или циклонных топках, в которых тонкоизмельченные частички карбонатного сырья увлекаются потоком раскаленных газов и обжигаются. Осаждается обожженная известь из газового потока в пылеосадительных устройствах. После обжига полученную комовую известь транспортируют ленточным конвейером со стальной лентой на помол в мельницу. После него молотую известь отправляют на склад.

I.IV Технологическая схема

Описание выбранной технологии

Разработанный передел состоит из транспортирования, хранения, дробления, и обжига.

Транспортировка может производиться ленточными конвейерами, если расстояние от карьера до завода не более 5 км, железнодорожным транспортом.

Хранение может быть в открытых и закрытых складах. Сейчас применяют закрытые склады, так как они защищают от агрессии среды.

Дробление может производиться в щековых дробилках, если загрузочный материал твердый или средней твёрдости. Недостатком щековой дробилки является большое количество расходуемой энергии, большие потери мощности.

Т.к. загруженный материал мягкий, то выбираем молотковую дробилку.

В приемный бункер известняк доставляют из рудников и карьеров в кусках и глыбах размером 500 - 800 мм. Из приемного бункера известняк при помощи пластинчатого транспортера поступает в молотковую дробилку. Так как во время дробления образуется большое количество мелкой фракции, то после дробилки материал поступает на инерционный горизонтальный грохот. На грохоте известняк делится на три фракции: 40.70, 40.20 и < 20.

Фракции 20.40 и 40.70 раздельно подаются в два промежуточных бункера откуда при помощи ленточного питателя и элеватора поступают на обжиг в шахтную печь.

Фракция < 20 не пригодна для обжига в шахтной печи и поэтому идет в отходы.

Обжиг является основным процессом при производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов определяющих качество продукта. В процессе обжига известняк декарбонизируется и превращается в известь по следующей реакции:

СаСО₃ - СаО + СО₂

Теоретически на декарбонизацию 1 моля СаСО₃ (100 гр) расходуется 179 кДж, или 1790 на 1 кг СаСО₃.

Практически температура обжига известняка в заводских условиях колеблется в пределах 1000 - 1200 ⁰С. Это вызвано тем, что на заводе обжигают большое количество сырья с колеблющимся химическим составом, содержащее различные примеси. На каждом заводе температура обжига устанавливается в зависимости от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов.

Обжиг происходит следующим образом. В верхнюю часть шахтной печи через определенные небольшие промежутки времени, загружают известняк, а из нижней части выгружают готовую известь. Обжигаемый известняк не лежит в шахтных печах неподвижно, а медленно опускается вниз по шахте. При этом он вначале подогревается, затем обжигается и, наконец, в нижней части шахты охлаждается.

Необходимый для горения воздух поступает снизу, охлаждает известь и подается в зону обжига подогретым. Образующиеся при горении дымовые газы поднимаются вверх и поступают в дымовую трубу, отдавая по пути свое тепло загруженному в печь известняку и испаряя при этом содержащуюся в нем влагу, а также нагревая его.

При обжиге извести часть тепла используется на испарение влаги из известняка и на разложение карбонатов кальция и магния. Другая часть теряется с отходящими газами, вследствие химической и механической неполноты сгорания, с выгружаемой из печи известью, через стенки шахты и т. д.

Сопоставление отдельных видов известеобжигательных печей показывает, что пересыпные шахтные печи наиболее просты по конструкции и требуют меньшего расхода топлива. Они удобнее в эксплуатации и не нуждаются в частых ремонтах.

После обжига известь из печи пластинчатым питателем подается в промежуточный бункер.

А оттуда ленточным конвейером на склад.

Комовую негашеную известь нужно хранить на складах с механизированной загрузкой и выгрузкой продукта. Длительность хранения не должна превышать 5 - 10 суток во избежание значительной гидратации и карбонизации окиси кальция.

II. Фонды рабочего времени

где N - количество рабочих дней в году

n - количество смен

k₁ - количество часов в смену

k₂ - коэффициент, учитывающий простои связанные с текущим ремонтом оборудования

k₁ = 0,9.0,95 - для оборудования работающего с перерывами

k₁ = 0,85.0,9 - для оборудования работающего непрерывно

k₂ - коэффициент, учитывающий простои связанные с плановыми

остановками на ремонт

k₂ = 0,9

1. Приемное отделение:

N = 262, n = 1, t = 8, k₁ = 0.95, k₂ = 0.9

Т = = 1792 ч.

2. Дробильное - сортировочное отделение:

N = 262, n = 1, t = 8, k₁ = 0.95, k₂ = 0.9

Т = = 1792 ч.

3. Обжиговое отделение:

N = 365, n = 3, t = 8, k₁ = 0,9, k₂ = 0.9

Т = = 7096 ч.

4. Склад:

N = 365, n = 3, t = 8, k₁ = 0.9, k₂ = 0.9

Т = = 7096 ч.

III. Материальный баланс

Наименование операции	Ед. изм.	Плотность т/м3	Потери %	Производительность
				В час	В смену	В сутки	В год
Склад	т	1,7	0,5	4,93	39,44	118,32	35000
	м3			2,9	23,2	69,6	20588
Транспортировка на склад ленточным транспортером	т	1,7	0,5	4,96	39,68	119,04	35176
	м3			2,92	23,36	70,08	20692
Промежуточный бункер	т	1,7	0,5	4,98	39,84	119,52	35353
	м3			2,93	23,44	70,32	20796
Подача в бункер пластинчатым питателем	т	1,7	0,2	4,99	39,92	119,76	35424
	м3			2,94	23,52	70,56	20838
Обжиг в шахтной печи	т	1,7	0,2	9,02	72,16	216,48	62061
	м3			5,31	42,48	127,44	37668
Подача в печь элеватором	т	1,8	0,2	9,04	72,32	216,96	62185
	м3			5,02	40,16	120,48	35647
Подача к элеватору ленточным траспортером	т	1,8	0,2	9,06	72,48	217,44	62309
	м3			5,03	40,24	120,72	35719
Промежуточный бункер	т	1,8	0,2	36,14	289,12	289,12	62434
	м3			20,08	160,64	160,64	35719
Подача в бункер ленточным питателем	т	1,8	0,2	36,22	289,76	289,76	62560
	м3			20,12	160,96	160,96	35791
Отсев мелкой фракции на грохоте	т	1,8	15	42,61	340,88	340,88	73600
	м3			23,67	189,36	189,36	42107
Подача на грохот ленточным конвейером	т	1,8	0,2	42,69	341,52	341,52	73748
	м3			23,72	189,76	189,76	42191
Молотковая дробилка	т	1,8	0,2	42,69	341,52	341,52	73896
	м3			23,72	189,76	189,76	42191
Подача в дробилку пластинчатым транспортером	т	1,8	0,1	42,72	341,76	341,76	73970
	м3			23,73	189,84	189,84	42221
Приемный бункер	т	1,8	01	42,72	341,76	341,76	74000
	м3			23,73	189,84	189,84	42222

Обжиг в шахтной печи:

Дано:

W = 3 %

MgCO₃ = 2 %

примеси инертные = 11,5 %

m_{кон. сух.} = 35424

Найти: m_{нач. вл.}

Решение:

m_{примесей} =

m = 35424 - 4074 = 31350

m (MgO) =

m (CaO) = 31350 - 627 = 30723

x 29312

CaCO₃ > CaO + CO₂

100 56

x = =54863

y 2038

MgCO₃ > MgO + CO₂

_{84 40}

y = = 1317

m_сух.= m (CaCO₃) + m (MgCO₃) + m_{примесей} = 54863 + 1317 +4074 = 60254

т/год

IV. Выбор технологического оборудования

,

где К - коэффициент использования оборудования;

N_факт - фактическая производительность;

N_ном - номинальная производительность.

Молотковая дробилка СМД - 7:

Размер кусков до измельчения, мм 300

Размер измельченного продукта, мм 0 - 40

Габаритные размеры, м: длина 2

Ширина 1,8

Высота 1,6

Масса дробилки, т 5,05

Мощность электродвигателя, кВт 125

Производительность, т/ч 50

Инерционный горизонтальный грохот СМД - 53:

Количество сит 2

Полезная площадь сит, м 1,0 2,5

Габаритные размеры, м: длина 3,2

Ширина 1,95

Высота 1,5

Масса, т 1,65

Мощность электродвигателя, кВт 5

Производительность, м³/ч 33



Ленточный элеватор Т-194:

Угол наклона, град. 90

Наибольшая высота подъема, м 17

Ковши: емкость, л 0,75

ширина, мм 135

шаг, мм 300

Габаритные размеры, м: длина 1,1

Ширина 1,47

высота 18

Масса элеватора, т 1

Мощность электродвигателя, кВт 1,7

Производительность, м³/ч 7

Пластинчатый транспортер СМК - 351:

Габаритные размеры, м:

Длина 8,8

Ширина 3,2

Высота 2,6

Масса, т 10

Мощность электродвигателя, кВт 5,5

Производительность, м³/ч 31

Ленточный конвейер 5050:

Длина конвейера, м 120

Ширина ленты, мм 500

Мощность электродвигателя, кВт 10

Производительность, м³/ч 29

известь производство оборудование завод

Ленточный питатель IПТ5:

Расстояние между осями барабанов, мм 1500

Ширина ленты, мм 500

Габаритные размеры, м:

Длина 2,03

Ширина 1,82

Высота 0,53

Масса, т 0,47

Мощность электродвигателя, кВт 0,9

Производительность, м³/ч 25

Ленточный транспортер ПЛ - 20:

Расстояние между осями барабанов, мм 2000

Ширина ленты, мм 400

Габаритные размеры, м: Длина 2,7

Ширина 0,84

Высота 0,98

Масса, т 0,51

Мощность электродвигателя, кВт 0,6

Производительность, м³/ч 8

Пластинчатый транспортер СМК - 351:

Габаритные размеры, м:

Длина 8,8

Ширина 3,2

Высота 2,6

Масса, т 10

Мощность электродвигателя, кВт 0,9

Производительность, м³/ч 5

Ленточный транспортер ПЛ - 10:

Расстояние между осями барабанов, мм 1000

Ширина ленты, мм 400

Габаритные размеры, м:

Длина 1,7

Ширина 0,84

Высота 0,98

Масса, т 0,34

Мощность электродвигателя, кВт 0,6

Производительность, м³/ч 3

Шахтная пересыпная печь:

Расход тепла на 1 кг извести, кДж: 3530 - 5030

Расход условного топлива, % от массы извести 12 - 17

Удельный расход электроэнергии, кВтч/т 10

Производительность, т/сут 300

V. Расчет бункеров и склада

Бункера

Приемный бункер:

a = 5000

b = 5000

h = 6500

a₁ = 400

b₁ = 400

h₁ = 3000

V = 190 м³

Промежуточные бункера после грохота:

a = 5000

b = 5000

h = 5500

a₁ = 400

b₁ = 400

h₁ = 3000

V = 164,7 м³

Промежуточные бункер после шахтной печи:

a = 2000

b = 2000

h = 2500

a₁ = 400

b₁ = 400

h₁ = 1000

V = 12 м³

Склад

h = 11000

d = 10000

V = 863.5 м³

VI. Расчет расхода энергоресурсов технологического оборудования

где W_г - годовой расход электроэнергии

T_гi - годовой фонд чистого рабочего времени

N_i - номинальная мощность оборудования

Молотковая дробилка:

W_г = 125 1792 = 224000 кВтч

Инерционный грохот:

W_г = 5 1792 = 8960 кВтч

Шахтная печь:

W_г = 10

64165 т = 641650 кВтч

Ленточный элеватор:

W_г = 1,7 7096 = 12063,2 кВтч

Пластинчатый транспортер:

W_г = 5,5 1792 = 9856 кВтч

Ленточный конвейер:

W_г = 10 1792 = 17920 кВтч

Ленточный питатель:

W_г = 0,9 1792 = 1612,8 кВтч

Ленточный транспортер:

3 W_г = 3 0,6 7096 = 12772,8 кВтч

Пластинчатый питатель:

W_г = 0,9 7096 = 6386,4 кВтч

=935221,2 кВтч

Расход условного топлива 12 - 17 % от массы получаемого продукта, следовательно в год расходуется примерно 10908 т условного топлива.

VII. Охрана труда на известковых заводах

При производстве и применении извести необходимо руководствоваться «Общими правилами по технике безопасности и промышленной санитарии для предприятий промышленности строительных материалов» и специальными Правилами по технике безопасности для известковых заводов (СН 215 и др.).

На известковых заводах опасность для обслуживающего персонала может возникнуть при нарушении нормального хода технологических процессов и неправильном ведении работ. Особое внимание, в частности, необходимо уделять предотвращению появления в помещениях углекислого газа (СО₂), окиси углерода (СО) и известковой пыли.

Повышенная опасность отравления углекислым газом и окисью углерода имеется на загрузочной площадке шахтных и вращающихся печей. Поэтому сырье загружают только с помощью механизмов (скиповых, шахтных и других подъемников), не требующих присутствия на загрузочной площадке людей.

Пыль, содержащая гашеную и особенно негашеную известь, раздражающе действует на органы дыхания, слизистые оболочки и влажную кожу. Поэтому необходимо в местах выделения известковой пыли устраивать отсосы, оборудовать помольные агрегаты эффективными обеспыливающими устройствами, а весь транспорт и бункера герметически закрывать кожухами, крышками и т. д. Также тщательно следует выполнять все мероприятия по технике безопасности при ликвидации зависаний кускового материала, возникающих иногда в шахтных печах. Устранять зависания нужно через смотровые окна при помощи специальных металлических штырей.

Чтобы предотвратить ожоги лица и рук при эксплуатации печей, пользоваться смотровыми окнами (гляделками) следует очень осторожно и не подходить к ним вплотную. Смотровые окна должны открываться специальными приспособлениями на расстоянии.

Нельзя допускать разбрызгивания известкового молока-- оно разъедает кожу лица и рук. Известковое молоко следует транспортировать и хранить в закрытых резервуарах. Опасные места должны быть ограждены барьером.

При гашении извести, особенно в холодное время года, образуется сильный туман, затрудняющий обслуживание гасильных аппаратов и вредно отражающийся на здоровье работающих. Для улучшения условий труда необходим отсос пара у мест его образования; зимой следует подавать теплый воздух к местам гашения.

Все рабочие на известковых заводах должны быть обеспечены специальной одеждой, предусмотренной правилами техники безопасности для тех или иных видов работ.

Заключение

В данном курсовом проекте рассчитывается известковый завод с производительностью 35000 т/год.

Для обеспечения данной производительности завод ежегодно потребляет 76000 т/год исходного сырья, 935221,2 кВтч электроэнергии и 10908 т условного топлива.

На заводе используется следующее технологическое оборудование: молотковая дробилка, инерционный грохот, шахтная печь, ленточный элеватор, ленточные и пластинчатые транспортеры.

Библиографический список

1. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства).

2. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1979. - 476 с.

3. Бутт Ю. М. технология цемента и других вяжущих материалов.Учебник для техникумов. - М.: Стройиздат, 1976. - 407 с.

4. Воробьев В. А., Комар А. Г. Строительные материалы. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1976. - 475 с.

5. Сулименко Л. М. технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1983. - 320 с.

6. Штоль Т. М. материаловедение для каменщиков и монтажников конструкций. - М., Высш. шк., 1972. - 256 с.

7. Ильевич А. П. машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1979. - 344с.

Приложение

Схема получения строительной воздушной извести

Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьерах, его подготовки (дробления и классификации) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь (схема 1.1).

Схема 1.1 Принципиальная технологическая схема производства строительной воздушной извести

Основным процессом при производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь. Диссоциация карбонатных пород сопровождается поглощением теплоты. Реакция разложения углекислого кальция обратима и зависит от температуры и парциального давления углекислого газа.Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Теоретически нормальной температурой диссоциации считают 900°С. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обычно 1100-1200°С. При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, составляющий до 44% его массы, объем же продукта уменьшается примерно на 10%, поэтому куски комовой извести имеют пористую структуру.

Реакция обжига обратима и описывается уравнением:

CaCO3 - CaО + CO2; ДH = -179 кДж

Обжиг ведут в известеобжигательных печах - шахтных, вращающихся, кольцевых и напольных. Особенно распространены шахтные печи, которые в зависимости от вида применяемого топлива работают по пересыпному способу, с выносными топками и на газе. Вращающиеся печи ограниченно применяют в известковой промышленности, но по качеству обжига они превосходят печи шахтные. Напольные и кольцевые печи низкопроизводительны и расходуют много топлива, поэтому на вновь строящихся заводах печи такой конструкции не применяют.

Шахтная печь состоит из шахты, загрузочного и выгрузочного устройства, воздухоподводящей и газоотводящей аппаратуры. Известняк в шахтную печь загружают периодически или непрерывно сверху. Материал по мере выгрузки извести опускается вниз, и навстречу обжигаемому материалу просачиваются горячие дымовые газы. По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, различают зоны подогрева, обжига и охлаждения (рис.1.1). В зоне подогрева в верхней части печи с температурой печного пространства не выше 900°С известняк подсушивается, подогревается и в нем выгорают органические примеси. В средней части печи-- в зоне обжига, где температура достигает 900-1200°С, -- происходит разложение СаСОз и выделение углекислого газа. В нижней части печи -- зоне охлаждения -- известь охлаждается поступающим снизу воздухом с 900 до 50-100°С.

Рис 1.1 Схема обжига молотого известняка в шахтной печи

I - зона подогрева; II - зона обжига; III - зона охлаждения.

Технология получения строительной извести

Более экономичны по расходу топлива и простоте конструкции печи, работающие по пересыпному способу на короткопламенном топливе (антрацит или тощий каменный уголь). Производительность шахтных пересыпных печей составляет 100-110 тонн в сутки. К недостаткам пересыпных печей относится загрязненность извести золой топлива. Более чистая известь получается в шахтных печах с выносными топками, работающих на длиннопламенном топливе (бурый уголь, дрова, торф), и в печах газовых. Однако эти печи имеют несколько меньшую производительность.

В шахтных печах можно обжигать только твердые породы (известняк, мрамор и др.), а во вращающихся -- как твердые породы, так и шламы мягких пород, например мела. Основная задача при обжиге - обеспечение максимальной степени декарбонизации СаСО при минимальной температуре. Повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как развивается явление «пережога».

Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи, высота которых достигает 20 м.

Шахтные печи различают по виду применяемого в них топлива и по способу его сжигания. В пересыпных печах твердое топливо подается вместе с сырьем и сгорает между кусками обжигаемого материала. Здесь применяют топливо с малым содержанием «летучих» -- антрацит, кокс и тощие сорта каменного угля, дающие при горении короткое пламя. В печах с выносными топками последние расположены по внешнему периметру печи. В них сжигается твердое топливо (полностью или частично) и образующиеся горячие газы поступают в зону обжига. Применяют длиннопламенное топливо с высоким содержанием «летучих», а также торф, дрова, горючие сланцы. В газовых печах топливом чаще всего служит природный газ, который подается непосредственно в шахтную печь и сжигается в слое материала.

Вращающиеся печи позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород (мела, туфа, известняка-ракушечника), которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига.

Длина известеобжигательных вращающихся печей составляет 30 -- 100 м при диаметре 1,8 -- 3 м, производительность достигает 400 -- 500 т/сут., что в 2-4 раза выше, чем у шахтных печей. Одно из важнейших технологических преимуществ обжига извести во вращающихся печах -- малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи, что обеспечивает оперативность управления процессом. Вращающиеся печи обеспечивают компактность технологической схемы, позволяют автоматизировать процесс и снизить капитальные затраты на строительство цехов. Во вращающихся печах может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах. Из-за малого времени пребывания материала в печи, опасность пережога в них минимальна. При этом известь значительно более однородна по составу и содержит меньше примесей.

Рис 1.2. Схема обжига молотого известняка во вращающейся печи

Значительно снижает качество комовой извести наличие в ней негасящихся кусков (недожог) и кусков, гасящихся медленно (пережог), которые могут образоваться из-за неравномерного распределения температур в известеобжигательных печах или неравномерного содержания в сырье примесей (например, углекислого магния).

Негашеную комовую известь нельзя непосредственно использовать в качестве вяжущего, ее требуется дополнительно измельчать либо размолом на мельницах (получается негашеная молотая известь), либо гашением водой (гашеная известь).

Для облегчения помола в мельнице комовую известь предварительно дробят до зерен размером 15 -- 20 мм. Помол осуществляют обычно в шаровых одно- и двухкамерных мельницах, но возможно применение также валковых и роликовых мельниц, а при необходимости получения очень тонкого порошка используют вибромельницы.

Наряду с бездобавочной известью выпускают также известь с активными минеральными добавками (золы, шлаки), в последнем случае их вводят в мельничный агрегат, где происходит совместное измельчение и одновременно перемешивание.

Тонкость помола негашеной извести оказывает существенное влияние на ее свойства, особенно при наличии «пережога».

В соответствии с требованиями ГОСТ негашеную известь следует измельчать до тонкости, при которой остаток при просеивании пробы через сита № 02 и № 008 должен быть соответственно не более 1,5 и 15%. Обычно заводы выпускают известь, характеризующуюся остатками на сите № 008 до 2-7%, что примерно соответствует удельной поверхности 3500-5000см /г.

Гашение извести

Процесс гашения извести происходит по реакции:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 65,1 кДж

Реакция гашения извести протекает бурно, с большим выделением тепла. Вода, проникая в глубину известковых зерен, вступает в химическое взаимодействие с СаО, и выделяющееся при этом тепло превращает воду в пар. Так как переход воды в пар сопровождается увеличением объема, создаются внутренние растягивающие напряжения в зернах извести, приводящие к их измельчению в тонкий порошок.

Гашение -- специфический технологический процесс, используемый только в производстве извести. Выделяющаяся теплота вызывает кипение воды, поэтому негашеную известь называют «кипелкой». Процесс гашения замедляется вследствие образования на поверхности известковых частиц тестообразного слоя продуктов гидратации, который препятствует доступу воды к внутренним слоям исходного зерна. Для ускорения гашения рекомендуется предварительно измельчать известь, энергично перемешивать гасящуюся массу, а также использовать подогретую воду. При перемешивании с поверхности зерен как бы «сдирается» гидратная пленка и открывается доступ к внутренним непрогасившимся слоям.

Характер процесса гашения зависит также от наличия примесей. При гашении в пушонку зерна силикатов и алюминатов кальция, образовавшихся при обжиге, не гасятся и не превращаются в порошок, поэтому их необходимо отделять, отдельно доизмельчать, а затем смешивать с «пушонкой» для улучшения ее гидравлических свойств. К негасящейся части извести относятся также неразложившийся при обжиге известняк, пережженные частицы оксидов кальция и магния, остеклованные новообразования, получающиеся в пересыпных печах при взаимодействии извести с золой топлива.

Схема 1.2 Технологическая схема производства гашеной извести

Чем продолжительнее протекает процесс гашения, тем более качественным получается продукт. В промышленных масштабах гашение производится механизированным способом.

Выбор схемы зависит от того, какой продукт необходимо получить -- «известь-пушонку» или известковое тесто. Большая часть извести гасится в пушонку. Гашение в пушонку производят в гидраторах периодического или непрерывного действия. К периодически действующим гидраторам относятся гасильные барабаны цилиндрической или бочкообразной формы емкостью около 15 м . Барабаны со скоростью вращения от 3 до 5 об./мин. устанавливают горизонтально на катках. В барабаны загружают предварительно измельченную в молотковых или конусных дробилках известь с размером кусков 3 -- 5 мм. Известь гасится паром, поступающим через пароподводящее устройство. Продолжительность гашения, включая загрузку и выгрузку продукта, составляет 30 -- 40 мин. После отсева непрогасившихся частиц известь направляется в бункера или силоса для вылеживания (силосования), где процесс гашения продолжается, что ведет к повышению качества материала.

Заводское производство «пушонки» по сравнению с производством комовой извести имеет ряд преимуществ: непрогасившиеся частицы отделяются уже на заводе; транспортировка упакованной пушонки удобнее; такой продукт имеет более длительный период хранения. Вместе с тем себестоимость пушонки выше, так как ее выпуск требует организации гидратного цеха и упаковочного узла.

Процесс гашения в тесто более длителен и сложен. Он применяется, если известь предназначена к использованию на месте производства или на объектах, находящихся поблизости (например, в виде строительных растворов).

При механизированном гашении извести в тесто, кипелку предварительно измельчают в щековой дробилке до кусков с размером не более 5 см и орошают на виброгрохоте горячей водой. Затем материал поступает в гасильный бункер, где выдерживается 2 часа. Окончательное гашение происходит в гасителе, куда поступает вода, подогретая до 40-50?С. Из гасителя материал в виде известкового молока выливается на виброгрохот. Крупные частицы поступают в бункер отходов, а известковое молоко перекачивается для отстоя в железобетонные чаны, которые имеют по 4 вертикальных фильтра -- оцинкованных трубы с отверстиями по всей высоте, заполненных крупным песком и проходящих через днище чана. За время пребывания в чанах (примерно 15 -- 16 часов) избыточная вода уходит через фильтры, а материал приобретает сметанообразную консистенцию с влажностью 75%. Отстоявшаяся вода возвращается в технологию и вновь применяется для гашения извести.

Твердение извести

Гашеная известь твердеет в результате испарения воды и кристаллизации гидроокиси кальция. Вследствие потери влаги мельчайшие частицы Са(ОН)2, сближаясь между собой, образуют кристаллы, которые постепенно превращаются в прочный кристаллический сросток.

Упрочнению известкового теста способствует также карбонизация - процесс взаимодействия гидрата окиси кальция (в присутствии влаги) с углекислым газом, который всегда содержится в воздухе в небольших количествах (около 0,03 %):

Са(ОН)2 + СО2 + Н2O = СаСО3 + 2Н2O

В результате этой химической реакции гидроокись кальция переходит в углекислый кальций, т. е. образуется снова то же вещество, которое было использовано для получения извести.

Твердеет гашеная известь очень медленно, и прочность известковых растворов невысокая.

Кристаллизация гидрата окиси кальция идет тем быстрее, чем интенсивнее испаряется влага, поэтому для твердения извести необходимо обеспечить благоприятные условия (положительная температура и низкая влажность окружающей среды).

Гидратационное твердение негашеной молотой извести приводит к быстрому обезвоживанию раствора и его более высокой прочности. В дальнейшем процесс твердения молотой негашеной извести проходит так же как и гашеной.

Твердение извести может происходить только в воздушно-сухих условиях. Испарение воды (что имеет место при этом) вызывает слипание мельчайших частиц Са (ОН) в более крупные и их кристаллизацию. Кристаллы Са (ОН) срастаются друг с другом, образуя каркас, окружающий частицы песка. Наряду с этим происходит карбонизация гидрата оксида кальция за счет поглощения углекислоты воздуха.

Таким образом, твердение известковых растворов есть следствие их высыхания и образования кристаллического сростка Са(ОН) , а также процесса образования углекислого кальция на поверхности изделия.

Транспортировка и хранение

Транспортируют комовую известь навалом, защищая от увлажнения и загрязнения, а молотую -- в специальных бумажных мешках или металлических закрытых контейнерах. Известковое тесто перевозят в специально для этого приспособленных кузовах самосвалов. Известь негашеная должна храниться в закрытых складах, защищенных от попадания влаги. Гидратную известь можно хранить непродолжительное время в мешках и сухих складах. Молотую известь не следует хранить более 30 сут, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет активность.

...