Производство гипса в гипсоварочных котлах

Полученный полуводный гипс из котла  через люк 9 о шибером 8 выпускают в бункер выдерживания гипса, называемый иногда камерой томления. Здесь в процессе охлаждения качество гипса улучшается. Некоторое количество двуводного гипса, оставшегося в полугидрате, постепенно за счет физического тепла, содержащегося в выгружаемом материале, переходит в полуводный, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются и также превращаются в полугидрат.

Из бункера выдерживания после  охлаждения гипс подают на склад готовой продукции. Длительное вылеживание полугидрата на складе также влияет на его строительные свойства, в частности при этом уменьшается водопотребность.

В настоящее время гипсоварочные  котлы выпускают емкостью 3 и 15 м³; предполагается выпуск котлов емкостью 25 м³.

Недостаток варочных котлов — периодичность  работы, затрудняющая автоматизацию производственных процессов.

За рубежом для непрерывного обжига гипса применяют тепловые установки в виде винтовых конвейеров с подачей теплоносителя в полые винты шнека. Нагревание гипсового порошка в установке осуществляется с помощью электронагревателей, размещенных на наружной поверхности винтового конвейера и внутри вала. В первой секции электронагревателя поддерживается температура греющей поверхности около 300° С и обеспечивается быстрый прогрев поступающего в установку гипсового порошка до температуры дегидратации (115—125° С); в следующих секциях температура греющей поверхности 220° С, материала — около 150° С, что почти исключает образование обезвоженных модификаций сернокислого кальция. Пар, образующийся при дегидратации гипса, отводят из установки через трубки с вентилями, что позволяет регулировать количество отводимого пара на каждом участке и создавать условия для преимущественного образования а-модификации полугидрата и сушки готового продукта.

Применение установок непрерывного действия, как и котлов больших размеров периодического действия, позволяет значительно сократить количество обслуживающего персонала, уменьшить объем здания на единицу продукции и повысить качество гипса. Поэтому при строительстве новых заводов предусматривается установка только этих котлов.

Для улучшения  качества готовой продукции на отдельных заводах после обжига в варочных котлах гипс подвергают вторичному помолу в шаровых мельницах. При этом обнажающиеся при помоле необезвоженные ядра частиц гипса под влиянием тепла, выделяющегося от трения и ударов шаров, дегидратируются, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются выделяющимися водяными парами и переходят в полуводный гипс. Кроме того, полагают, что частицы при вторичном помоле приобретают таблитчатую форму, обеспечивающую повышение пластичности теста и раствора из такого материала.

Гипс в варочных котлах непосредственно не соприкасается с топочными газами. Кроме того, в процессе варки он интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого качества. Расход условного топлива при изготовлении строительного гипса в варочных котлах составляет 40—45 кг, электроэнергии — 20 — 25 кВт-ч на 1 т.

Данный способ получил наибольшее распространение в промышленности. Капиталовложения в этом случае составляют 20—25 руб. на 1 т вяжущего.

 

 

2.Составление структурной блок-схемы по переделам.

 

 Помол

Помол является важнейшим технологическим  процессом при производстве минеральных  вяжущих веществ, строительных материалов на основе глинистого сырья, при производстве ячеистых бетонов и других помольных технологий[4].

Технологические требования при выборе дробильно-помольного оборудования для различных видов производства строительных материалов при обеспечении требуемой производительности по готовом у продукту следующие:

1. Аппараты для измельчения исходных материалов должны, как правило,  компановаться совместно с классификационными установками и обеспечивать получение материала требуемой крупности и заданного зернового состава.
2. Схема компановки этих агрегатов должна быть преимущественно “гибкой”, обеспечивающей возможность варьирования как крупности исходного, так и готового продукта .
3. Материал в процессе измельчения не должен загрязняться посторонними примесями, снижающими качество готового продукта на последующих стадиях технологической обработки[4].
4. При выборе типа измельчителя учитывая крупнотоннажность процессов измельчения в промышленности строительных материалов, необходимо учитывать как стоимость отдельных агрегатов, так и главное, энергозатраты на процессы измельчения.

Эта стадия (помол) технологического процесса очень энергоемка, поэтому  наряду с технологическими требованиями к готовому продукту (удельная поверхность выходного продукта S_вых см²/г, наибольшая крупность его d_вых см; в некоторых случаях зерновой состав выходящих материалов Г_вых ) при организации процесса должны учитываться и технико-экономические показатели, такие как удельный расход энергии и требуемая производительность установки по готовой продукции (Q,т), удовлетворяющие всем технологическим требованиям.

Химическую активацию поверхности (А) в результате механического воздействия можно оценить лишь на последующих стадиях технологии. При оптимизации процесса помола критерием оптимизации обычно в таких случаях принимается Е_уд-»min, считая остальные выходы ограничениями, т.е. условиями, которые необходимо соблюдать независимо от их влияния на величину критерия оптимизации. При этом  d_вых  регламентируется остатком на сите определенного размера.

При локальной оптимизации, например, только по технологическим критериям, за критерий оптимизации обычно принимают S_вх или остаток на сите определенного размера.

Как известно, входные параметры  определяются тремя группами факторов: свойствами измельчаемого продукта (К,ρ_о, S_{вх ,} П), типом помольного агрегата Т_а и параметрами его работы.

На рисунке К- коэффициент размолоспособности материала; ρ_о(ρ_н)-плотность (насыпная плотность) исходного продукта, кг/м³; S_вх- удельная поверхность исходного материала, см²/г; П- пустотность измельченного материала, %; Т_п- расчетные параметры работы агрегата, зависящие от его типа, которые могут определяться, например, скоростью вращения барабана (для барабанных мельниц), амплитудой и частотой колебаний (для вибромельниц), скоростью вращения ротора (для мельниц ударного типа), величиной загрузки мелющими телами и т.п.

Рисунок  3.1 - Структурная блок-схема системы « Помол»

 

 

K - коэффициент размолоспособности  материала

ρ₀(ρ_н) - плотность (насыпная плотнось) исходного продукта

S_вх - удельная поверхность исходного материала

П - пустотность измельчаемого материала

T_п - расчетны параметры работы агрегата

D_вых - наибольшая крупность материала

Г_вых - зерновой состав выходящего материала

А - химическая активность поверхности

Е_уд - удельны расход энергии

Q - требуемая производительность  установки по готовой продукции

 

Сепарация

Сепарация – процесс разделения порокообразных материалов по крупности, оснавнный на различии в скоростях падения частиц разного размера и плотности в восходящем потоке воздуха (газа).

Воздушной сепарации подвергают сухие  порошкообразные материалы крупностью менее 1 мм, когда использование вибрационных грохотов нерационально из-за малой производительности и быстрого износа тонких сит. Рациональнее применять воздушную сепарацию, при которой более крупные частицы выпадают из потока газов под действием силы тяжести (а в некоторых случаях и под действием центробежных сил), а мелкие уносятся. Регулируя различными способами скорость газового потока, можно варьировать крупность выносимых частиц. В промышленности строительных материалов воздушная сепарация широко применяется при помоле цемента, извести, сухой глины. В этих случаях существенно повышается производительность и снижаются затраты энергии мельниц вследствие непрерывного отбора готового продукта. В воздушных сепараторах при использовании горячих газов легко совмещаются сортирование и сушка материалов[1].

Основным технологическим требованием, предъявляемым к сепараторам, является точность разделения смеси на фракции. В реальных условиях работы аппаратов точное разделение получить невозможно, так как невозможно обеспечить стабильное протекание процесса. Вследствие этого мелкая фракция оказывается «загрязненной» крупными частицами, и наоборот.

Точность разделения в сепараторах наиболее часто оценивают коэффициентом полезного действия и эффективностью разделения.

Силы, действующие на частицы разной крупности, будут неодинаковыми, поскольку  силы давления потока на частицу пропорциональны  второй степени ее диаметра, а силы тяжести и инерции, зависящие от массы, пропорциональны третьей степени диаметра.

Воздушные сепараторы должны быть такой  конструкции, чтобы в рабочих  золах наиболее полно выполнялись  следующие условия:

1. Силы, действующие на частицу любого размера, должны регулироваться. При этом ноле скоростей потока должно оставаться однородным.

2. Силы, действующие на частицу,  должны находиться в различной  функциональной зависимости от их размера и быть противоположно направленными.

3. Частицы «граничного» размера должны находиться в динамическом равновесии, а частицы других размеров выноситься из зоны разделения; причем, более мелкие в одном направлении, а более крупные в другом.

 Такая схема сепаратора отличается от рассмотренных тем, что вынесенные осадители могут быть оптимальных размеров. Это позволяет увеличить удельную нагрузку в камере сепаратора, умень­шить ее размеры, а также повысить степень очистки в циклонах осадителях. При этом увеличивается к. п. д. вентилятора и уменьшается его износ, так как он перерабатывает более чистый воздух.

 Расчет основных параметров сепараторов. Инженерные расчеты воздушных сепараторов ввиду сложности процессов движения частиц в двухфазовом потоке реальных аппаратов производят по упрощенным зависимостям, учитывая некоторые особенности процесса эмпирическими коэффициентами. Применительно к циркуляционным сепараторам рекомендуется последовательно определять следующие величины.

Рисунок  3.2 - Структурная блок-схема системы «Сепарация»

 

 V – расход газов

 ρ - плотность газов

 T_п - расчетны параметры работы агрегата

 d_вых - наибольшая крупность материала

 Г_вых - зерновой состав выходящего материала

 А - химическая активность поверхности

 Е_уд - удельны расход энергии

 Q - требуемая производительность установки по готовой продукции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Расчет специальной части

 

Q=130 тыс. т в год

d_max=0,34мм

Таблица 4.1 – Материальный баланс

Производительность, т
в год	в сутки	в смену	в час
130000	356,2	178,1	7,4

 

     4.1 Расчет процесса сепарации

 Сепарация – процесс разделения порокообразных материалов по крупности, оснавнный на различии в скоростях падения частиц разного размера и плотности в восходящем потоке воздуха (газа).

На первой стадии расчета по заданной производительности определяют необходимый расход газа:

 

 где P – производительнось по мелкому продукту

  - объемная плотность среды 0,25…035.

    Далее по расходу газа находят объем сепаратора:

 где - степень использования объема сепеаратора =2000…3500

 Затем определяют диаметр сепаратора:

 

 

 

 

 

4.3 Расчет батарейных циклонов

 

Расчет циклонов проводится в зависимости  от требуемого количества осаждаемого материала в единицу времени, которая определяется производительностью предыдущего технологического процесса: производительностью сепаратора.

Расход запыленного газа , проходящего  через циклон , рассчитывается по формуле:

,

где   С – концентрация частиц в воздушной смеси, принимаемая  в пределах 0,02…0,1 для батарейных циклонов

Q – производительность оборудования, из которого производится удаление мелких частиц , кг/ч

К – коэффициент, учитывающий количество выносимого газами продукта , принимаемый равным  0,1…1% от Q

Суммарный внутренний радиус всех  циклонов в батарее вычисляется  из условия:

, /с

 

Откуда     , м

 где  - условная скорость в циклоне , принимаемая равной 1,5…2,5 м/с

По практическим данным радиус одного циклона в батарее:

, где n – количество циклонов в батарее, не должен превышать 0,25 м

 

 

Исходя из условия неразрывности  потока, определяется площадь сечения входного патрубка:

,

- скорость газа на входе  в батарею, принимаемая  равной 15…30 м/с

откуда 

Площадь сечения выходного патрубка батарей находится аналогично:

 откуда м

Проверка циклона проводится на минимальный диаметр улавливаемых частиц  по формуле:

, м

где    - внутренний радиус циклона , м

  - окружная скорость в циклоне (12…14 м/с)

     - коэффициент динамической вязкости среды, равной 1,82

     - плотность переносимого газом материала, кг/