Технологический процесс производства керамзита

Построенная в 1965 г. фирмой «Деннерт» в г. Хенге близ Нюрнберга установка производительностью 400м³ керамзитового гравия в сутки с использованием метода обжига заполнителя в фонтанирующем слое характеризуется следующими особенностями.

Сырьем для производства керамзита служит тонкодисперсная легкоплавкая глина с карьерной влажностью 13--15%. При указанной влажности глина сравнительно плотная и может подвергаться тонкому дроблению без замазывания механизмов. Ее химический состав характеризуется содержанием (в %): SiO2--49,10; Fe2О3-- 7,98; А1203-- 21,89; MnO--0,11; CaO--3,58; MgO--1,57; SO2--1,85; R20--2,86 и ППП--11,06.

На карьере глину добывают многоковшовым экскаватором на гусеничном ходу. Параллельно фронту добычи глины установлен ленточный конвейер длиной 150 м.

Предварительно глину, доставляемую с карьера. измельчают на валковой дробилке. Затем она поступает в ящичный подаватель, проходит через металлический желоб с электромагнитом для очистки от металлических включений и поступает в ударно-отражательную дисковую мельницу, где тонко измельчается и гомогенизируется при естественной влажности. Далее тонкоизмельченная глина непрерывным потоком направляется в тарельчатый гранулятор, где к ней добавляют 2--4 % воды и специальную добавку, способствующую образованию шаровидной формы гранул.

По ленточному конвейеру гранулы поступают в сушильный противоточный барабан длиной 10 и диаметром 1,5 м.

После выхода из сушильного барабана от материала отделяются мелкие и крупные фракции, которые направляются обратно для повторной переработки в ударно-отражательную дисковую мельницу, а гранулы размером от 1 до 12 мм, нагретые в сушильном барабане до 200 °С, конвейером подаются в промежуточный бункер объемом 5 м³.

При рассмотренной системе подготовки перерабатываться может также глина и с влажностью выше 20 °/о. В этом случае мельница, тарельчатый гранулятор и сушильный барабан имеют соответственно большие размеры и постоянно загружаются с избытком. Избыточный материал автоматически отводится обратно в мельницу. Здесь сухой материал смешивается с влажным сырьем и перерабатывается по схеме.

Печная установка состоит из бункера объемом 5 м³, загрузочного шлюза, камеры обжига, специальной горелки и затвора. Установка работает периодически с загрузкой каждые 40 с.

Из бункера сухие гранулы поступают в объемный дозатор, откуда они периодически загружаются в печь, где обжигаются в фонтанирующем слое (рис.3).

Рис.3 Схема печи с фонтанирующим слоем

1-- отходящие газы;

2--загрузка;

3 -- выгрузка

В печи гранулы захватываются идущим вверх потоком газов и поднимаются вверх до тех пор, пока сила газового потока не станет меньше силы тяжести обжигаемого материала, который попадает вниз, затем снова захватывается и поднимается потоком газа и т. д. Циркулируя таким образом в течение 40 с, гранулы вспучиваются. Затем подача топлива прекращается, открывается затвор и в течение 4 с вспученный материал выгружается. Обожженный материал отгружается конвейером на сортировку, а новая партия гранулированного материала поступает в печь на вспучивание.

Вследствие теплового удара зерна керамзита имеют твердую прочную оболочку, значительно увеличивающую прочность зерна. При этом вследствие равномерной тепловой обработки мелкие и крупные гранулы одинаково хорошо вспучиваются. Печь футерована огнеупорным легковесным теплоизоляционным материалом. Наружная температура стены не превышает 50 °С, т. е. потери теплоты через излучение малы.

Высота обжиговой печи 10 м, внутренний диаметр в свету 2,5 м. За исключением затвора и шлюза подвижных деталей печь не имеет. Отработанные дымовые газы из печи поступают в сушильный барабан и после выхода из него обеспыливаются в циклонах.

В противоположность классическому способу производства керамзита во вращающихся печах циркуляционный способ позволяет пускать и останавливать всю установку в любое время без опасности для печи и футеровки, а также без больших теплопотерь. На растопку полностью остывшей установки требуется 60 мин, а частично остывшей-- 15 мин.

Управление всей установкой автоматизировано. Продолжительность загрузки и разгрузки печи контролируется реле времени. Изменение продолжительности или температуры обжига вызывает изменение насыпной плотности обжигаемого материала и наоборот. Схема производства керамзитового гравия с обжигом по циркуляционному способу показана на рис. 4

Рис.4 Технологическая схема производства керамзитового гравия по циркуляционному способу

1 -- многоковшовый экскаватор; 2 -- валковая дробилка; 3 -- ящичный подаватель (100 м³); 4 -- ударно-отражательная дисковая мельница; 5 -- тарельчатый гранулятор; 6 -- шнек для отвода пыли; 7 -- циклонный пылеулавливатель; 8 -- сушильный барабан; 9 -- ковшовый элеватор; 10 -- запасной бункер (5 м³), 11 --загрузочный шлюз;

12 -- печь с фонтанирующим слоем.

Зона обжига контролируется телевизионной камерой, а работа печи регулируется с пульта управления. Печь в настоящее время работает на легком моторном масле, но может также работать на природном газе и мазуте.

Расход теплоты на обжиг 1 кг керамзита в фонтанирующем слое составляет всего 3990 кДж, а расход электроэнергии 15 кВт/т. Выпускаемый керамзитовый гравий с насыпной плотностью 500 кг/м3 характеризуется повышенной прочностью и используется для приготовления высоко-прочного керамзитобетона при изготовлении напряженно-армированных конструкций.

Вспучивание глинистого сырья на керамзит вибрационным методом

Новизна метода, названного вибрационным, состоит в применении для обжига керамзитового гравия специальной комбинированной установки, выполняющей следующие технологические функции: сушку гранулированного материала, предварительный его подогрев, вспучивание и охлаждение обожженного продукта.

Существенная особенность вибрационного способа изготовления керамзитового гравия--приготовление гранулированного глинистого сырца шаровидной формы и примерно одинакового размера, что легко достигается на тарельчатом грануляторе.

Технологический процесс изготовления керамзитового гравия по вибрационному способу характеризуется следующей последовательностью. Исходная глина в природном состоянии или после ее подсушки до 15%-ной влажности измельчается в порошок с максимальным размером зерен около 0,2 мм и подается в тарельчатый гранулятор, где при добавке 2--4 % воды формуются шаровидной формы гранулы примерно одинакового размера. Для лучшего склеивания порошкообразного материала применяют специальную химическую добавку.

Одинаковый размер гранул при формовании достигается правильно отрегулированным положением тарелки, скоростью ее вращения и дозированием воды.

Вибрационная установка работает по следующей схеме. Полученный на тарельчатом грануляторе однородный по размеру зерен материал по загрузочной трубе подается в сушильную камеру установки (рис. 5), откуда под действием силы тяжести поток материала поступает в шахту предварительного нагрева. В шахте происходит теплообмен между материалом и восходящими потоками топочных газов, поступающих из камеры горения.

Рис.5 Установка для производства керамзита по вибрационному методу (ФРГ) 1--загрузка; 2 -- шахта для подогрева; 3 -- вибростол;4-- выгрузка

Установку для вспучивания загружают через загрузочный желоб, работу которого регулируют с помощью электромагнитных импульсов

Гранулированный материал проходит горизонтальную область зоны вспучивания в течение примерно 1 мин. Зона обогревается непосредственно c помощью двух пар форсунок, работающих на жидком топливе. Температура в зоне вспучивания поддерживается на уровне около 1100°С. Вибрирующая поверхность транспортера на качающейся рамес воздушным охлаждением защищена от воздействия высоких температур огнеупорной футеровкой. Материал движется по инерционному столу спокойным потоком.

Горячие, вспученные зерна скатываются на охлаждающий желоб.

Достоинством установки является то, что она объединяет в одной конструкции устройства для сушки, подогрева, вспучивания и охлаждения. Это делает ее весьма энергетически экономичной. Расход теплоты на 1 кг керамзита составляет около 2940 кДж, а электроэнергии--около 14,5 кВт-ч на 1 т. Конструктивные размеры печи производительностью 50 т керамзита в сутки следующие: площадь основания 24 м², высота 10 м.

Вспучивание глинистого сырья на керамзит в электрическом поле высокой частоты

Применение метода кипящего слоя позволило устранить ряд недостатков классической технологии производства керамзита с обжигом во вращающихся печах, однако многие из них, особенно обусловленные нерациональным топливосжиганием и подводом теплоты к частицам материала, остались нерешенными.

Глинистые гранулы различных размеров и формы как в отдельности, так и в слое в разные периоды обжига имеют различную влажность, плотность, теплопроводность и температуропроводность. Поэтому они нагреваются и вспучиваются неравномерно, что приводит к преждевременному перегреву одних и недожогу других, а показатели насыпной плотности и прочности керамзита характеризуются нередко большим разбросом.

Тодес О. М., Гринбаум М. Б., Станякин В. М., Черем-ский А. Л. и др. предложили и исследовали новый метод получения керамзита с обжигом в электрическом поле высокой частоты, в значительной мере лишенный указанных недостатков. Способ основан на использовании токов высокой частоты для внутреннего диэлектрического нагрева зерен глинистого материала до температуры вспучивания и выделения теплоты при поддержании экзотермических реакций в температурном интервале порообразования.

Воздействие поляризации в высокочастотном поле на глинистый материал приводит к интенсификации реакций газовыделения, что исключает необходимость ввода ряда добавок, стимулирующих вспучивание.

Тепловой высокочастотный удар обеспечивает также перемещение ряда реакций газовыделения в область высоких температур, когда материал приводится в пиропластическое состояние с оптимальной для вспучивания вязкостью. Особое преимущество диэлектрического нагрева состоит в определенной его избирательности, что делает процесс обжига стабильным и не зависимым от плотности, размера формы, теплопроводности и температуропроводности зерен материала.

Рациональное аппаратурное оформление конструкции установки, сочетающей в себе высокочастотный нагрев в кипящем слое с эффективным использованием теплоты отходящего газа и керамзита в двух движущихся слоях, показано на рис. 6.

Рис. 6. Схема модели печи кипящего слоя с обжигом в электрическом поле токов высокой частоты и распределения температуры газов и материала по высоте

Гранулированный материал равномерно подается из бункера 1 питателем 2 через патрубок 3 в движущийся слой 4. В этом слое материал прогревается за счет отходящих газов, направляемых через патрубок 13. Далее материал через отверстия решетки 5, регулируемые шибером 12, поступает в кипящий слои 6 на решетку 10. Кипящий слой, в котором частицы поддерживаются в псевдоожиженном состоянии, нагревается до температуры вспучивания токами высокой частоты через пластины высокочастотного конденсатора 11, и вспученный материал через патрубок 7 отводится в зону слоя 9, где охлаждается воздухом, поступающим из паукообразного распределителя 8, и отводится на транспортер.

На основе проведенных исследований осуществляется отработка технологических и электрических параметров установок полигонного и стационарного типов.

Производство керамзита по ступенчатому способу в кольцевой печи с вращающимся подом

Отмечая известные, серьезные недостатки распространенных однобарабанных вращающихся печей для производства керамзита: нестабильность выпуска заполнителя по прочности и плотности; сложность обжига слабовспучивающихся с малым интервалом вспучивания глин; невозможность создания в них требуемого ступенчатого режима термообработки гранул на керамзит;

большой унос мелочи и т. д.,--Р. Б. Оганесян, Н. А.Тетруашвили и В. А. Мещеряков предложили использовать для этих целей модернизированную кольцевую печь с вращающимся подом, широко распространенную в металлургической промышленности2.

В общем виде технологическая схема производства керамзита на указанной линии предусматривает формовку сырцовых гранул на ленточном кирпичеделательном прессе, сушку в сушильном барабане с окаткой в нем гранул, подогрев полуфабриката в слоевом подогревателе примерно до 200--250° С с последующим вспучиванием гранул в кольцевой печи на непрерывно вращающемся поде при однослойной его загрузке, охлаждение, сортировку и складирование заполнителя.

Обжиговый агрегат технологической линии включает слоевой подогреватель, кольцевую обжиговую печь и холодильник-аэрожелоб.

Кольцевая печь (рис. 7) состоит из стационарных стен толщиной 750 мм и свода с теплоизоляционной засыпкой--700 мм, вращающегося пода (включая металлическую платформу, футеровку толщиной 500 мм, кольцевой рольганг), гидрозатвора. Средний диаметр кольцевой печи 11,25, ширина 2,4, высота от поверхности пода до замка свода 0,81 м. Длина зоны обжига (от узла загрузки до узла выгрузки керамзита) 28 м, в том числе зоны расположения горелок--19 м.

Рис.7 Схема кольцевой печи для обжига керамзита

1. -- труба дымовая; 2 -- кладка печи; 3 -- газооборудование; 4 -- футеровка кольцевого пода; 5--выгружатель; 6--подготовитель слоевой; 7 -- вентиляционная установка слоевого подготовителя; 8 -- автоматика; 9 -- установка дымовых вентиляторов и рекуператора; 10--под кольцевой с приводом; 11 -- каркас печи.

Кольцевой канал заканчивается дымоотборной шахтой, из которой дымовые газы по борову подаются в слоевой подогреватель и далее дымососом направляются в трубу. Часть дымовых газов поступает в сушильный барабан.

На участках газопровода предусмотрены поворотные заслонки для автоматического регулирования расхода природного газа. Керамзит с поверхности футеровки пода удаляется выгружателем. Частота вращения пода печи изменяется плавно в широких пределах с помощью регулируемого асинхронного электропривода. Контроль и управление процессом обжига, управление работой оборудования печи осуществляется со щита КИП.

Нельзя не отметить, что значительное число зерен, обжигаемых в монослое, имеет приплюснутую, а не округлую или гравелистую форму, что противоречит требованиям к размеру и форме легких заполнителей бетона.

Авторы все еще продолжают сравнивать расход топлива с однобарабанными вращающимися печами. Между тем расход топлива на обжиг следует сравнивать не с однобарабанными, а двухбарабанными печами или им подобными, где к настоящему времени расход теплоты не превышает 2500--3360 кДж/кг, или в 2--3 раза меньше, чем в однобарабанных.

3.3 Режим работы цеха

Отправными данными для расчета технологического оборудования, потоков сырья и т.п. является режим работы цеха,

Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ»

При назначении режима работы цеха необходимо стремиться обеспечить возможно более полное использование оборудования /основных фондов/ и принимать наибольшее количество рабочих смен в сутки

Завод по производству керамзитового гравия будет иметь два цеха основного производства: цех обжига и цех помола.

Цеха помола чаще работают по режиму прерывной недели в три смены. При этом при трехсменной работе в неделю с одним выходным днем в каждую восьмую неделю расчетное количество рабочих суток в году принимают равным - 253 рабочим дням (5 дней в неделю по 23 ч) в утреннюю и вечернюю смену по 7,5 ч с обеденным перерывом 0,5 ч и в ночную смену 7 ч без обеденного перерыва и 52 субботних дня с одной сменой по 8 ч.

Расчетный годовой фонд времени работу технологического оборудования в часах, на основании которого рассчитывается производственная мощность предприятия в целом и отдельных линий установок, определяют по формуле

где В_р--расчетный годовой фонд времени работы технологического оборудования, ч;

С_р--расчетное количество рабочих суток в году;

Ч--количество рабочих часов в году;

Ки--среднегодовой коэффициент использования технологического оборудования,

При прерывной рабочей неделе с двумя выходными днями при трехсменной работе К_и принимается равным 0,876.

Годовой фонд работы оборудования составляет

-- при трехсменной работе - 253 дн х 23 ч + 52 дн х В ч = б235 ч.

Расчетный фонд рабочего времени составит =6235 х 0,876 = 5462 ч.

3.4 Расчет производительности, грузопотоков и определение расхода сырьевых материалов

Производство заполнителей для бетона связано с переработкой и транспортировкой больших количеств материалов. При этом объем перерабатываемых материалов изменяется в связи с неизбежными потерями технологического (обжиг, сушка) и механического (унос, распыл) характера. Учет изменений, происходящих в перерабатываемых материалах на всех стадиях производственного процесса, необходим для определения расхода сырьвых материалов и для расчета и подбора оборудования.

Определение количества материалов, проходящих через отдельные технологические операции, называют расчетом грузопотоков. Расчет ведут, исходя из программы производства, начиная со склада готовой продукции к складам сырья.

Размеры технологических потерь определяют по нормативным денным. Размеры механических потерь во многом зависят от организации производственного процесса и применяемого оборудования и принимаются на основании опыта аналогичных предприятий.

В проекте могут быть приняты следующие размеры механических потерь:

1. Потери при дроблении - 1%

2. Потери при транспортировке дробленого материала - 1%

3. Потери при помоле - 1 %

4. Потери при транспортировке тонкомолотых материалов - 0,5%,

Расчет грузопотоков цеха по производству керамзитового гравия

Сырье для керамзитового гравия является:

глина- 95%,

вода--4%,

добавка химическая (лигносульфанаты) --1%

Для производства керамзитового гравия вибрационным методом используем сухое глинистое сырье однородное по составу и практически не содержащее вредных включений с насыпной плотностью в естественном состоянии 1500 кг/м³.

Для получения шаровидных форм гранул добавляем 4% воды на стадии гранулирования.

Для лучшего склеивания порошкообразного материала применяется специальная химическая добавка - лигносульфанаты с насыпной плотностью 700кг/м³ в количестве 1%.

Сортировка вспучееного материала осущуствляется в барабанных грохотах, где керамзит делится на следующие фракции:5-10, 10-20, 20-40.

В зависимости от объемного насыпного веса получаем гравий марки 500. Выпускаемый керамзитовый гравий с насыпной плотностью 500 кг/м³ характеризуется повышенной прочностью и используется для приготовления высоковспучиваемого керамзитобетона при изготовлении напряженно- армированных конструкций.

Работа цеха в три смены по прерывной неделе.

Производительность цеха по массе: 50 т гравия в сутки или 2,08 т в час, или 11360,96 т в год.

по объему: 100 м³/сутки или 4,16 м³/час, или 22721,92 м³/год.

1) При грохочении потери состовят 1%. Следовательно на помол должно поступить:

В год П_г=11360,96·1,01=11474,57т.

В час

2) При транспортировании керамзитового гравия на сортировку теряется 1%

Следовательно должно поступить:

В год П_г=11474,57·1,01=11589,32т.

В час П_ч=2,10·1,01=2,12т

3)Потеря в комбинированной установке-1%; Потеря за счет остаточной влажности глины - 15%. Потеря за счет добавленной воды при гранулировании - 4%. Таким образом суммарные потери составят:

П_г=11589,32·120=13769,48т

П_ч=2,12·1,2=2,52т

4)Потеря при поступлении в тарельчатый гранулятор- 1%;

П_г=13769,48·1,01=13907,17т

П_ч=2,52·1,01=2,545т

5)В тарельчатый гранулятор поступает 3 отдозированных и раздельно подготовленных компонента в заданном соотношении. Количество каждого материала, поступающего в гранулятор должно составлять:

глина- 95% т

Г_Ч=2,545·0,95=2,42т

вода--4% т

В_Ч=2,545·0,04=0,10т

добавка (лигносульфанаты)-1% Д_Г=13907,17·0.01=139,07т

Д_Ч=2,545·0,01=0,025т

6)При помоле теряется I % материалов, следовательно на помол должно поступить

Г_г=13211,81·1,01=13343,93т

Г_ч=2,545·1,01=2,57т

7) При транспортировании теряется 0,5% Следовательно перед мельницей в бункера поступит:

Г_г=13343,93·1,005=13410,65т

Г_ч=2,57·1,005=2,58т

8)При сушке глины имеющей влажность 20% и остаточную влажность 15% теряется 5% и 0,5% за счет уноса с дымовыми газами, всего потери составляют 5,5%. Поэтому в сушильный барабан должно поступать глины:

 Г_Г=13410,65·1,055=14148,23т

Г_Ч=2,58·1,055=2,72т

9)При транспортировании дробленного материала теряется 0,5%, следовательно должно поступать:

Г_Г=14148,24·1,005=14218,98т

Г_Ч=2,72·1,005=2,73т

10)При дроблении глинистого материала теряется 1%, следовательно в дробилку должно поступать:

Г_Г=14218,98·1,01=14361,17т

Г_Ч=2,73·1,01=2,75т

11)При транспортировании со склада теряется 0,5%, следовательно со склада должно поступать:

Г_Г=14361,17·1,005=14432,98т

Г_Ч=2,75·1,005=2,76т

Расчет грузопотоков (расчет сырьевых материалов) при производстве керамзитового гравия.

Наименование грузопотоков	% потерь	В год, т	В час, т	В час, мі
Поступает на склад готовой продукции	_	11360,96	2,08	4,16
Поступает на грохочение	1	11474,57	2,10	4,20
Выходит из комбинированной установки	1	11589,32	2,12	4,24
Выходит из тарельчатого гранулятора	1	13769,48	2,52	5,04
Поступает в тарельчатый гранулятор:
Глина	1	13211,81	2,42	1,61
Вода		556,29	0,10	0,10
Добавка		139,07	0,025	0,04
Выходит из мельницы	1	13343,93	2,57	1,71
Транспортирование. Поступает в бункера мельницы	0,5	13410,65	2,58	1,72
Поступает в сушильный барабан	5+0,5	14148,24	2,72	1,81
Транспортир-е дробл. материала в бункер перед суш. барабаном	0,5	14218,98	2,73	1,82
Поступает на дробление	1	14361,17	2,75	1,83
Транспортирование со склада	0,5	14432,98	2,76	1,84

При подборе оборудования в ряде случаев необходимо знать расход материалов (м³/ч), поэтому полученные значения расхода материалов (т/ч) целесообразно выразить в м³/ч, разделив каждый результат (т/ч) на насыпную плотность данного материала.

Глина=1500 кг/м³=1,5 т/м³;

Керамзит =500 кг/м³ =0,5т/м³;

Добавка (лигносульфанаты)=0,7 т/м³;

Вода=1000 кг/м³=1,0 т/м³.

Для получения керамзита 11360,96 т/год (22721,92 м³/год) требуется:

По массе: глины -13211,81 т/год; По объему: глины -8807,87 м³/год;

воды -556,29 т/год; воды -556,29 м³/год;

добавки -139,07 т/год; добавки -198,67 м³/год;

3.5 Расчет основного технологического оборудования. Расчет расходных бункеров

Бункера - саморазгружающиеся емкости для приемки и хранения сыпучих материалов - устанавливают над технологическим оборудованием для обеспечения его непрерывной работы. Обычно бункера рассчитывают на 1,5-2-часовой запас материала.

Форма и размеры бункеров не стандартизированы и принимаются в зависимости от физических свойств хранимых материалов, требуемого запаса, способов загрузки и выгрузки, компановки оборудования и пр.

Наибольшее применение нашли бункера прямоугольного поперечного сечения. Обычно верхняя часть бункера имеет вертикальные стенки, высота которых не должна превышать более чем в 1,5 раза размеры бункера в плане, нижнюю часть его выполняют в виде усеченной пирамиды с симметричными или лучше с несимметричными наклонными стенками. Для полного опорожнения бункера угол наклона стенок пирамидальной части должен на 10-15° превышать угол естественного откоса загружаемого материала в покое и угол трения о его стенки. Ребро двухгранного угла между наклонными стенками должно иметь угол наклона к горизонту не менее 45°, а при хранении влажного материала с большим содержанием мелких фракций - не менее 50° . Размеры выходного отверстия бункера должны превышать в 4-5 раз максимальные размеры кусков хранимого матери-яла и быть не менее 800мм. Требуемый геометрический объем бункера определяют по формуле

где П_Ч -- расход материала, м³/ч; n=2- запас материала з - коэффициент заполнения, принимается равным 0,85 - 0,9. Определим требуемый геометрический объем бункера №1:

;

Определим требуемый геометрический объем бункера №2:

;

Определим требуемый геометрический объем бункера №3:

;

Определим требуемый геометрический объем бункера №4:

.

Выбор дробильного оборудования.

Выбор типа и мощности дробилок зависит от физических свойств перерабатываемого материала, требуемой степени дробления и производительности. Учитывают размеры максимальных кусков материала, поступающего на дробление, его прочность и сопротивляемость дроблению. Максимальный размер кусков материала не должен превышать 0,80-0,85 ширины загрузочной щели дробилки. На дробление поступает глины 1,83 м³/ч, следовательно принимаем валковую дробилку СМ-12, предназначенную для среднего дробления;

Мощность эл.двигателя-20 кВт;

Производительность-8-25 м³/ч;

L=2,2; b=1,6 м; h=0,8 м;

Масса-3,4 т.

Расчет помольного оборудования.

Помол глины и других материалов проводят сухим способом по открытому и замкнутому циклу. Последний предпочтителен в тех случаях, когда необходимо получить мтериал с высокой удельной поверхностью, а также когда измельчаемый материал отличается склонностью к агрегации /например, негашеная известь/ или измельчаемые компоненты сильно различаются по размалываемости.

Для классификации продукта при помоле по замкнутому циклу применяют центробежные и воздушно-проходные сепараторы. Последние обычно используют при помоле сырья с одновременной сушкой его горячими газами от обжиговых печей.

Выбор мельницы по потребности цеха по помолу (т/ч) производят по данным (табл.3.II прил.З затем проверяют ее фактическую производительность по формуле(1). Если производительность мельницы не совпадает с требуемой, то подбирается по расчету мельница, которая дает необходимую производительность.

Q-производительность мельницы по сухому материалу, т/ч;

V- внутренний полезный объем мельницы, =50% от геометрического объема, м³;=>

V=0,5·4,05=2,025м³

Р=12,3 т - масса мелющих тел, т;

k- поправочный коэффициент принимается равным 1,1 - 2,2 при помоле по замкнутому циклу;

b=0,038…0,04 -удельная производительность мельницы т/квт·ч полезной мощности;

q=0,91 - поправочный коэффициент на тонкость помола (остаток на сите № 0,08).

Производительность мельницы не совпадает с требуемой, поэтому подбирается по расчету мельница, которая дает необходимую производительность.

Принимаем мельницу 1,5Ч1,6

с внутренним диаметром барабана = 1500мм;

длиной барабана = 1690мм;

мощностью двигателя = 55 кВт;

производительностью = 6 т/ч;

массой мелющих тел = 12,3 т

Расчет сушильных устройств. При влажности измельчаемых материалов более 2% сухой помол их значительно затрудняется; влажный материал налипает на мелющие тела и броневую футеровку, замазывает проходные отверстия межкамерных перегородок, что резко снижает производительность мельниц. Поэтому осуществляют помол с одновременной сушкой или предварительно материал высушивают в специальных сушильных аппаратах. При производстве керамзитовых материалов наиболее широко применяют сушильные барабаны. Сушильная производительность мельниц, сушильных барабанов и других установок определяется количеством испаряемой влаги. Ее обычно характеризуют удельным паронапряжением (количеством воды, испарямой 1м³ рабочего объема сушильного барабана, мельницы и т.п. за 1 ч). При расчете сушильных барабанов, шаровых мельниц, используемых для одновременного помола и сушки, удельную паронапряженносгь А принимают равной: при сушке глины - 20 - 40 кг/м³· ч; Исходя из заданной производительности (количества воды, которую нужно удалить из материала за 1ч, кг) требуемый внутренний объем сушильного барабана рассчитывают по формуле:

где W-количество влаги, удаляемой из материала за 1ч , кг;

А - удельное паронапряжение, кг/м³·ч;

- масса материала, поступающего в барабан, т/ч;

- масса материала, выходящего из барабана, т/ч;

- начальная относительная влажность материала; %

- конечная относительная влажность материала; %

W=5% A = 35% кг/м³

= 2,72 = 20%

= 2,58 = 15%

Принимаем сушильный барабан объемом 15,4 м³;

Типа СМ; Размерами 1,4Ч10;

Производительностью 700 кг/ч;

Мощностью электродвигателя 6,0 кВт

Расход тепла на сушку, количество теплоносителя и его температуру устанавливают теплоэнергетическими расчетами. Теоретически удельный расход тепла в сушильных барабанах и мельницах на испарение I кг воды составляет 2690 кДж. На практике эта величина достигает 3500...5000 кДж из-за потерь с отходящими газами.

Расчет пылеосадительных систем.

Обеспыливание отходящих газов и аспирационного воздуха необходимо для уменьшения загрязнения пылью окружающей местности, создания нормальных санитарных условий в производственных помещениях, а также для повышения эффективности производства: возврат пыли сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии.

Санитарными нормами на проектирование промышленных предприятий регламентированы предельно допустимые концентрации пили в воздухе рабочих помещений до 1-10 мг/м³; в отходящих газах, выбрасываемых в атмосферу до 30 - 100 мг/м³. Наиболее жесткие требования предъявляютсятся к очистке воздуха и газов от пыли, содержащей двуокись кремния.

Для создания нормальных условий труда цехи по производству вяжущих веществ обеспечивают системами искусственной и естественной вентиляции, герметизируют места, где происходит пылевыделение, осуществляют отсос /аспирацию/ воздуха от источников пылеобразовония /бункеров, течек, дробильно-помольных установок, элеваторов и т.п./

Очистку отходящих газов и аспирационного воздуха до предельно допустимых концентраций осуществляют в одно-, двух-, трех- и более ступенчатых пылеочистных установках. На первой ступени пылеочистки обычно устанавливают циклоны, на второй - батерейные циклоны и на последней - рукавные фильтры и электрофильтры.

Запыленность газов, выходящих из пылеулавливающих аппаратов при осуществлении в них подсоса воздуха или при утечке газов /работа под давлением/ определяют по формуле:

Пылеосадительная камера:

Z_ВХ=30 г/м³; =0,1-0,2%;

Циклон:

Z_ВХ=25,15 г/м³; =0,8-0,85%;

Рукавный фильтр:

Z_ВХ=2,65 г/м³; =0,95-0,98%;

Электрофильтр:

Z_ВХ=0,06 г/м³; =0,96-0,99%;

Где Z_ВХ и Z_ВЫХ - запыленность газов до и после пылеулавливающего аппарата, г/м³;

-степень очистки (коэффициент полезного действия пылеосадительного аппарата,%)

Циклоны, батарейные циклоны, рукавные фильтры и электрофильтры подбирают по производительности, характеризуемой количеством газа и воздуха, м³, которые можно очистить в них за I ч,

Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от мельниц:

S-площадь свободного сечения барабана мельницы, равная 50 % от номинальной, м²;=>

S=50%·1,77=0,89 м² ;

V- скорость отсасываемого воздуха в мельнице, м/с при нормальном аспирационном режиме составляет 0,6-0,7 м/с.

Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от сушильного барабана:

S=50%·1,54=0,77 м² ;

По величине V_ВОЗ подбирают пылеосадительные аппараты, пользуясь данными прил.З.

Так как количества аспирационного воздуха для мельницы и для сушильного барабана численно близки, то пылеосадительные приборы будут тех же типов.

Вентилятор: ВМ-12;

Мощность 12 кВт;

Масса 1900 кг;

Производительность 8000 м³/ч;

Циклон: НИИО газ.серии НЦ 15;

Диаметром 600 см;

Производительность 2,5-4,1 м³/ч;

Объем бункера 0,33 м³;

Масса 515 кг;

Рукавный фильтр РВ1

Площадь фильтр. поверхности 50 м²;

Производительность 3600 м³/ч;

Мощность электродвигателя 2,4 кВт;

Габаритные размеры: длина 1,8 м;

ширина 3,5 м;

высота 5,8 м;

масса 2,4 т;

Электрофильтр: ДГПН-32-3;

Производительность по газу 173000 м³/ч;

Допускаемая максимальная температура газов 250°С;

Ориентировочно количество газов, отсасываемых из сушильных барабанов и мельниц, на I кг испаряемой влаги можно определить, исходя из уравнения:

Учитывая температуру газов, отходящих из сушильного устройства, а также дополнительный подсос воздуха в газоходах, принимаемый равным 50% от объема теплоносителя общий объем выходящих газов на 1кг испаряемой влаги составит:

Где Q=3000…6000 кДж/кг;

С=1,31…1,47 кДж/Н·м³/град.;

t1=200-600°C;

t2=150-200°C;

Где Q - количество тепла, затрачиваемое на испарение I кг влаги из материала, кг ;

С -средняя объемная теплоемкость газов, кДж/н·м³/град.;

t₁ и t₂-температура газов, соответственно при входе и выходе из сушильного барабана или мельницы, ^ОС;

1,5 - коэффициент, учитывающий подсос воздуха.

Общий объем аспирационного воздуха, отсасываемого из сушильного барабана, определяют по формуле:



Где - количество влажного материала, кг/ч;

- количество сухого материала, кг/ч.;

=2720 кг;

=2580 кг;

Характеристика ковшовых элеваторов.

Количество поступаемого материала в элеватор №1 равно 1,83 м³/ч;

Количество поступаемого материала в элеватор №2 равно 5,04 м³/ч;

Количество поступаемого материала в элеватор №3 равно 4,20 м³/ч

Отсюда следует, что принимаем элеваторы:

Производительность -10 м³/ч;

Мощность электродвигателя -3-4 кВт;

Характеристика ленточного конвейера.

Количество поступаемого материала в ленточный конвейер равно 1,84 м³/ч;

Отсюда следует, что принимаем ленточный конвейер:

Тип №1;

Производительность -5…12 м³/ч;

Мощность электродвигателя -2,3 кВт;

Ширина ленты -300 мм.

Характеристика тарельчатого гранулятора.

Тарельчатый гранулятор имеет установленный вращающийся диск с бортами. Подаваемый на диск материал опрыскивают каплями воды и из увлажненной до 12-15% муки образуются шарики. Затем при вращении диска шарики окатываются, на них налипают новые порции материала и получаются крупные гранулы. Накапливаясь в нижней части тарелки, они пересыпаются, затем через ее борт и поступают в бункер.

Количество поступаемого материала в тарельчатый гранулятор равно 5,04 м³/ч.

Отсюда следует, что принимаем тарельчатый гранулятор:

Производительность -10 м³/ч;

Мощность электродвигателя -2,2 кВт;

Масса-1,29 т;

Габ. Размеры:

Длина-2,31 м;

Ширина-1,27 м;

Высота-1,34 м;

Диаметр тарелки-1000 мм.

3.6 Расчет потребности в энергетических ресурсах

К энергетическим ресурсам относят топливо, пар, электроэнергию и сжатый воздух, необходимые для выполнения технологических операций.

Потребность в технологическом паре, сжатом воздухе и т.п. определяют по укрупненным показателям на единицу готовой продукции цехе по нормам технологического проектирования предприятий промышленности вяжущих веществ, типовым проектам и показателям, полученным на передовых предприятиях, выпускающих аналогичную продукцию.

Расход электроэнергии устанавливают расчетным путем, исходя из технических характеристик основного и транспортного оборудования. Расчет расхода электроэнергии для каждой группы электродвигателей рекомендуется вести по форме табл. 3.3.

табл. 3.3 Расход электроэнергии

№ п/п.	Основное оборудование и его наименование с электродвигателем.	Кол-во единиц оборудования	Мощность эл. двигателей, кВт	Коэффициент использования во времен	Коэффициент загружения по мощности	Часовой расход эл. Энергии с учетом коэффициента использования и загрузки по мощности, кВтч
			Единицы	Общая
1	Дозатор	4	?	?	?	?	?
2	Конвейер ленточный	1	2,3	2,3	0,8	0,04	0,09
3	Элеватор	3	4,1	12,3	0,8	0.13	1,60
4	Тарельчатый гранулятор	1	2,2	2,2	0,8	0,13	0,29
5	Скребковый транспортер	2	4,1	9,2	0,4	0,9	8,28
6	Комбинир. установка	1	14,5	14,5	0,8	0,31	4,50
7	мельница шаровая	1	55	55	0,8	0,32	17,6
8	циклон	2	?	?	?	?	?
9	рукавный фильтр	2	2,4	4,8	0,8	0,6	2,88
10	электрофильтр	2	?	?	?	?	?
11	вентилятор аспирационный	2	12	24	0,8	0,1·10-4	0,24·10-3
12	дозатор	4	?	?	?	?	?
13	Барабанный грохот	1	?	?	?	?	?
14	Валковая дробилка	1	20	20	0,8	0,063	1,26

В данном ориентировочном расчете коэффициент использования двигателя во времени отражает отношение времени фактической работы оборудования в смену к продолжительности смены.

В случаях, когда определение фактического коэффициента использования во времени затруднено, его величина может быть принята следующей по группам оборудования (при работе в течение смены):

- оборудование технологическое непрерывно действующее (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы и т.д.)-0,8-0,9;

- оборудование периодического действия (дозаторы)- 0,5 - 0,6;

- оборудование транспортное (элеваторы)- 0,8 - 0,9;

- оборудование транспортное и грузоподъемное повторно-кратковременного режима (транспортер)-0,3-0,4;

Коэффициент нагрузки по мощности отражает использование мощности двигателя установленного при данном оборудовании в зависимости от степени его загрузки в период работы. Если оборудование загружается полностью в соответствии с технической производительностью и двигатель работает на полную мощность, то он равен 1, а если полностью не используется, то он будет меньше единицы. Величину этого коэффициента условно можно определить по формуле:

Шаровая мельница: ;

Вентиляторы:

Валковая дробилка:

Конвейер ленточный:

Скребковый транспортер:

Элеватор:

Тарельчатый гранулятор:

Комбинированная установка: П_Т = 2,08 т/ч = 4,16 м³/ч

Сушильный барабан: П_Т = 0,7 т/ч = 0,46 м³/ч

где К_ЭМ - коэффициент загрузки мощности двигателя;

П_ф и П_т - производительности оборудования (фактическая и техническая);

б _ коэффициент, зависящий от степени использования производительности оборудования (табл. 3.4).,

Коэффициент загрузки во времени технологического и транспортного оборудования, связанного между собой без промежуточных емкостей, применяется одинаковый для всех машин. Например, питатели непрерывного действия, мельница, винтовой конвейер, ведущий выдачу измельченного продукта, имеют одинаковое время работы. Часовой расход электроэнергии (кВт· ч) получают умножением общей мощности каждой машины (графа 4 или 5 табл.3) на коэффициент загрузки и использования во времени (графы 6 и 7).

Расход электроэнергии в смену, в сутки и в год устанавливают умножением соответствующего количества рабочих часов в смену, сутки, год. Удельный расход электроэнергии подсчитывается по формуле:

Элеватор:

Конвейер ленточный:

Сушильный барабан:

Валковая дробилка:

Мельница шаровая:

Рукавный фильтр:

Вентилятор аспирационный:

Скребковый транспортер:

Тарельчатый гранулятор:

Комбинированная установка:

КВт/ч

Где Э_УД - удельный расход электроэнергии на товарную единицу продукции; -

Э_Ч - часовой расход электроэнергии (см, табл, 3.3)

Полученные результаты по расчету потребности в энергетических ресурсах (топливо, электроэнергия) цеха, сводятся в табл 3.5.

табл 3.5. Потребность цеха в энергетических ресурсах.

Наименование энергетических ресурсов	Единица измерения	Расходы
		в час	в смену	в сутки	в год
Энергия	кВт	76,75	614	1842	478536,25
Топливо	кг	208,86	1670,88	5012,64	1302242,1

Расчет топлива

Расход теплоты на 1 кг керамзита составляет около 2940 кДж.

Глина:

Удаляемая влага - 5%;

В сушильный барабан поступает -2,72 т/ч;

=> 2,72·5%=0,136 т/ч (136 кг/ч) воды удаляется из глины в сушильном барабане;

Составим пропорцию: 2940 кДж - 1 кг

Х - 136 кг;

выделяется за 1час при сушке глины;

Q_н = 8530 ккал/Н·м³;

Расход топлива в сушильном барабане будет равен

Керамзит:

Удаляемая влага - 19%;

В комбинированную установку поступает сырья -2,52 т/ч;

=> 2,52·19%=0,47 т/ч (470 кг/ч) воды удаляется при сушке в комбинированной установке;

Составим пропорцию: 2940 кДж - 1 кг

Х - 470 кг;

выделяется за 1час при вспучивании глины;

Q_н = 8530 ккал/Н·м³;

Расход топлива в комбинированной установке будет равен

Общий расход топлива в час составит: 46,87+161,99=208,86 кг/ч

4. Охрана труда

На рабочем месте должны быть предусмотрены меры защиты от возможного воздействия опасных и вредных факторов производства. Уровни этих факторов не должны превышать предельных значений, оговоренных правовыми, техническими и санитарно-техническими нормами. Эти нормативные документы обязывают к созданию на рабочем месте условий труда, при которых влияние опасных и вредных факторов на работающих либо устранено совсем, либо находится в допустимых пределах.

Помещение должно соответствовать ряду требований, оговоренных соответствующими нормативными документами. К ним относятся:

а)"Санитарно-технические нормы и правила", утверждённые Минздравом. Например, санитарно-технические нормы и правила допустимых уровней звука.

б) "Строительные нормы и правила", утверждённые Госстроем.

в)"Санитарные нормы проектирования промышленных зданий", утверждённые Минздравом .

г) "Правила установки электроустановок ".

д) "Противопожарные нормы проектирования промышленных предприятий".

При анализе технологического процесса следует предусмотреть влияние всех возможных опасных и вредных факторов, и в случае необходимости предусмотреть мероприятия по ограничению воздействия этих факторов, согласно перечисленным выше и другим нормативам.

С точки зрения влияния опасных и вредных факторов при работе можно выделить следующие:

- недостаточная освещённость рабочего места ;

- неблагоприятные метеорологические условия ;

- воздействие шума ;

- воздействие электрического тока вследствие неисправности аппаратуры ;

- нерациональное расположение оборудования и неправильная организация рабочего места .

В соответствии с этим важно предусмотреть следующие мероприятия по устранению или уменьшению влияния вредных факторов производства :

- создание необходимой освещённости рабочего места ;

- звукоизоляция помещения на основе расчета звукопонижения акустической изоляции;

- создание надёжного заземления аппаратуры и периодическая проверка исправности аппаратуры и заземления;

- создание системы кондиционирования воздуха для уменьшения влияния нагрева аппаратуры;

- создание и реализация научно-обоснованной планировки размещения оборудования;

- аттестация рабочих мест и их организация с учётом удобств работающего.

Причём создание необходимой освещённости и акустической изоляции рабочего места проводится на основе расчётов. Все остальные мероприятия не требуют точных количественных расчётов, а требуют лишь качественных выводов.

Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест.

Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда, благотворно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и снижает травматизм.

В условиях современного производства важным фактором улучшения условий труда в целом является оптимизация количественных и качественных характеристик освещения рабочих мест. Особое значение оптимизация зрительной работы приобретает в современном производстве радиотехнического и электронного профиля в связи с интенсификацией труда и тенденцией к микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры. Значительная часть технологических процессов в этих производствах связана с работами наивысшей точности и, следовательно, характеризуется высокой степенью напряжённости зрительной работы.

Решение вопроса рационального освещения производственных помещений и рабочих мест улучшает условия зрительной работы, ослабляет зрительное и нервное утомление, способствует повышению внимания и улучшению координационной деятельности. Хорошее освещение усиливает деятельность дыхательных органов, способствуя увеличению поглощения кислорода.

Напряжённая зрительная работа вследствие нерационального освещения может явиться причиной функциональных нарушений в зрительном анализаторе и привести к расстройству зрения, а в тяжёлых случаях - и к полной потере.Усталость органов зрения зависит от степени напряжённости процессов, сопровождающих зрительное восприятие.

Радиоэлектронные производства в очень широкой мере в своих технологиях используют химические, термические, электрохимические, механические и др. процессы, сопровождающиеся выделением в рабочую зону производств различных веществ в виде влаги, аэрозолей и пыли, а также избытков тепла. Эти факторы могут оказать вредное влияние на здоровье работающих, поэтому задача обеспечения оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне для радиоэлектронной промышленности имеет большое значение.

Поскольку количество воздуха потребует огромных затрат электроэнергии и материальных средств, целесообразно применить систему местных отсосов, что значительно снизит воздухообмен.

При удалении вредностей непосредственно у места их выделения достигается наибольший эффект действия вентиляции, т.к. при этом не происходит загрязнения больших объёмов воздуха и можно удалить малыми объёмами воздуха выделяемые вредности. При наличии местных отсосов объём приточного воздуха принимается равным объёму вытяжки (минус 5% для исключения возможности перетекания загрязнённого воздуха в соседние помещения).

При большой насыщенности предприятий сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению материала, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях».

Поступающие на предприятия рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т. п. Должны быть заземлены электродвигатели и электрическая аппаратура.

Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующий и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки.

5. Охрана окружающей среды

Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе пыли не должна превышать 0,04 мг/м³. Содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода -- более 0,02 мг/м³. В воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06 г/м³. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04-- 0,06 г/м³.

Для создания нормальных условий труда все помещения заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест, где происходит пылевыделение, а также отсос воздуха из бункеров, печек, дробильно-помольных механизмов, элеваторов и т.п. В зависимости от мощности и величины различных механизмов и интенсивности пылевыделения рекомендуются следующие объемы воздуха (м³/ч), отсасываемого от:

дробилок ……………………………...…. 4000--8000

элеваторов ………………………………. 1200--2700

бункеров …………………..……………….. 500--1000

мест погрузки материалов …..………….... 300--3500

упаковочных машин…………...………………… 5000

Воздух, отбираемый из мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров. Перед ними при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать циклоны. Важно не допускать просасывание через 1 м² ткани фильтров более 60--70 м³ воздуха в 1 ч. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр.

Отходящие газы печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли (более 25--30 г/м³), то их сначала пропускают через батарею циклонов.