Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Ведение

1. Технологическая часть

1.1 Характеристика и номенклатура выпускаемой продукции

1.2 Выбор, обоснование и описание принятой схемы технологического процесса

1.3 Режим работы и производственная программа предприятия

1.4 Сырье

1.5 Выбор и расчет количества основного технологического оборудования

1.6 Расчет потребности в энергетических ресурсах

1.7 Контроль производства и качества готовой продукции

2. Охрана окружающей среды

Список используемой литературы

Введение

Немногие из известных человеку минералов вызывают такой разносторонний интерес, как вермикулит. Строительство, энергетика, промышленность, сельское хозяйство, транспорт-это далеко не все отрасли народного хозяйства, где вермикулит, находит практическое применение. Его использование позволяет экономить топливо, способствует уменьшению веса зданий и улучшению тепловлажностного режима помещений, удешевляет строительство.

В настоящее время создается новая отрасль отечественной промышленности по производству вспученного вермикулита и разнообразных изделий на его основе. Одним из высококачественных современных теплоизоляционных материалов для тепловой изоляции строительных конструкций и промышленного оборудования является вспученный вермикулит. На его основе изготавливаются разнообразные теплоизоляционные изделия, теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструкционные бетоны, строительные растворы.

Основным направлением использования вспученного вермикулита в строительстве является применение его в качестве теплоизоляционного материала, в том числе в рыхлом виде, в виде штучных изделий, вермикулитовых бетонов и растворов. Высокая пористости, малый объемный вес и низкий коэффициент теплопроводности, а также минеральный состав, обеспечивающий высокую огнестойкость и биостойкость, ставят его на одно из первых мест среди других теплоизоляционных материалов.

Широкое применение вспученный вермикулит находит и в промышленной теплоизоляции благодаря высокой температуростойкости как самого вермикулита, так и изделий на его основе. Вермикулитовые штукатурки, нанесенные на легкосгораемые материалы и конструкции, с успехом выполняют огнезащитные функции, превращая такие материалы из сгораемых в трудносгораемые, а также значительно увеличивают предел огнестойкости несгораемых конструкций. Так, например, тонкостенные армоцементные плиты и своды-оболочки, как известно, без специальных огнезащитных покрытий имеют недостаточную огнестойкость. Огнезащитный слой из вермикулитового раствора увеличивает их предел огнестойкости до 10 раз.

Использование вермикулита в производстве древесноволокнистых, древесностружечных плит и фанеры, помимо повышения степени их огнестойкости, обеспечивает им биостойкость и красивый внешний вид. Наряду с высокими теплозащитными свойствами вспученный вермикулит обладает также и высокой звукопоглощающей способностью. Блеск золотистых чешуек вспученного вермикулита придает высокий декоративный эффект таким отделочным материалам, как декоративные штукатурки, облицовочные плитки (керамические, пластмассовые и др.).

Представляет большой практический интерес и весьма перспективно применение вермикулита в сельском хозяйстве для улучшения структуры, состава и ионообменной способности почв (физико-химическая мелиорация почвы), а также в качестве среды для выращивания растений без почв (гидропоника). При этом тяжелые глинистые почвы и пустынные пески могут превращаться в плодородные почвы.

Благодаря своей стерильности и теплоизоляционным свойствам вспученный вермикулит является прекрасной засыпкой для упаковки растительных материалов.

Следует упомянуть также о применении вспученного вермикулита для посыпки рулонных кровельных материалов, как пигмента и наполнителя пластмасс и резины, в технологии очистки питьевых и сточных вод (в том числе и радиоактивных), для сушки газов и воздуха, очистки и осветления масел и бензина, замены графита как смазочного материала, для антикоррозионной защиты металлов, для формовочных земель в литейном производстве, в атомной и радиационной технике.

1. Технологическая часть

1.1 Характеристика и номенклатура выпускаемой продукции

Вспученный вермикулит - сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый в результате обжига природных гидратированных слюд.

Вспученный вермикулит можно использовать при изготовлении теплоизоляционных засыпок в строительных конструкциях, легких теплоизоляционных бетонов, огнезащитных, теплоизоляционных, и звукопоглощающих штукатурных растворов, а также акустических плит.

По средней плотности вспученный вермикулит имеет следующие марки: 100, 150 и 200. Плотность их соответственно: 85, 125 и 195 кг/м ³ при размере зерен: 15-10, 5-3 и 3-1 мм соответственно. Следовательно, средняя насыпная плотность вспученного вермикулита уменьшается с увеличением диаметра и толщены зерен вермикулита - сырца. Она понижается при повышении продолжительности обжига, однако при этом увеличивается крупность вспученных зерен.

Вспученный вермикулит по размерам зерен делятся на три фракции:

- крупную - 10-15 мм;

- среднюю - 5-0,6 мм;

- мелкую - менее 0,6 мм.

Строение зерен вермикулита анизотропное. Их прочность выше в направлении, параллельном плоскостям спайности.

Вспученный вермикулит обладает упругостью: частично восстанавливает размеры зерен после снятия нагрузки и характеризуется высоким водопоглощением.

Теплопроводность вспученного вермикулита, уплотненного под удельной нагрузкой 0,01 МПа при средней температуре +25 ⁰С, не должна превышать для крупного - 0,098, для среднего - 0,116, для мелкого - 0,14 Вт/м•К.

Изделия из вермикулита и различных связующих предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций и промышленного оборудования. Они выпускаются в виде плит, сегментов и полуцилиндров.

В зависимости от используемого связующего температура применения вермикулитовых изделий равна: 60⁰С - для битумных, 900-1100 ⁰С - для керамических, до 1000 ⁰С- изделий на ПЦ.

Таблица 1.1 - Основные технические свойства вспученного вермикулита

Показатели	Марки
	100	150	200
Объемная насыпная масса, кг/м 3	100	150	200
Коэффициент теплопроводности, Вт/м•0С, не более при средней температуре: 25 ±5 °С 325 ±5 °С
	0,064	0,07	0,076
	0,151	0,157	0,163
Влажность, % по массе, не более	3	3	3

Вермикулитовые изделия (плиты вермикулитовые, скорлупы и сегменты для изоляции теплопроводов) формуют из смеси вспученного вермикулита и хризотил-асбеста с добавками в качестве вяжущих битумо-бентонитовой или битумо-диатомитовой паст, синтетичетических смол, крахмала, жидкого стекла и др.

Размеры изделий (мм):

- плиты - длина 1000±5, ширина 500±3, толщина 30, 40 и 50±2;

- скорлупы и сегменты-длина 500, толщина 40,50 и 60±2.

Величина зерен продукта обжига должна быть не более 12 мм. Зерновой состав определяется просеиванием через сита с диаметром 12; 5 и 1 мм. Причем остаток на сите с диаметром 5 мм должен быть не менее 50 %, а частиц до 1 мм - не более 5 %.

1.2 Выбор, обоснование и описание принятой схемы технологического процесса

Добыча и обогащение вермикулитовой породы. Технологический процесс получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы, ее обогащению, дроблению крупных пластин вермикулита и обжига. При небольших размерах добычи обогащение породы производится вблизи места добычи, а остальные операции на месте потребления. Если объем добычи значителен, то на обогатительных предприятиях осуществляется и дробление вермикулита. Потребителю в таком случае направляется фракционированный продукт обогащения.

Обычно вермикулитовая порода залегает вблизи от земной поверхности в виде рыхлой дезинтегрированной массы, поэтому добыча ее производится открытым способом с помощью экскаваторов. Добыча с устройством подземных выработок осуществляется очень редко, лишь на месторождениях жильного типа.

Задачей, обогащения является отделение от вермикулита зерен пустой невспучивающейся породы и слабо вспучивающихся частиц слюды. Эта операция наиболее трудоемкая и дорогостоящая в производстве вспученного вермикулита. Последующие этапы переработки сырья - дробление и обжиг - осуществляются с меньшими затратами труда и средств.

Применяющимися в настоящее время способами обогащения породы не удается полностью отделить вермикулит от пустой породы. Частично она остается в конечном продукте обогащения - вермикулитовом концентрате. Почти полностью переходят в концентрат и плохо вспучивающиеся частицы слюд, так как их свойства близки к свойствам вермикулита. Это обстоятельство в конечном итоге может практически не отразиться на качестве вспученного вермикулита, так как к настоящему времени разработаны способы переработки породы и концентрата, позволяющие полностью отделить от вермикулита не только пустую породу, но и частицы биотита и флогопита непосредственно в процессе обжига или после него.

При использовании вермикулита в непосредственной близости от места его производства целесообразно получать концентрат с содержанием пустой породы даже 50 %. Неполное отделение пустой породы позволит не только снизить стоимость концентрата, но и увеличить извлечение вермикулита из породы.

Обогащение породы может осуществляться различными способами. Выбор их определяется зерновым составом породы, содержанием вермикулита, свойствами пустой породы, требованиями, предъявляемыми к концентрату. Технологические схемы обогащения, как правило, являются многоступенчатыми, т. е. включают несколько различных последовательных операций.

Простейшим способом обогащения является рудоразборка, заключающаяся в ручном отделении крупных пластин вермикулита с транспортера, подающего руду на обогатительную фабрику. Естественно, что этот способ не может применяться как самостоятельный.

При существенном различии в крупности вермикулита и пустой породы в исходной вермикулитосодержащей породе для обогащения может быть использовано обычное грохочение.

Выделение сравнительно крупных зерен вермикулита эффективно обеспечивается избирательным дроблением, осуществляемым чаще всего на валковых дробилках. При прохождении породы между валками, вращающимися с различной скоростью, плоские зерна вермикулита остаются без изменения и лишь в случае значительной толщины расщепляются по плоскостям спайности, хрупкая же пустая порода дробится в песок и пыль, которые в последующем отделяются с помощью грохочения. Этот способ неприемлем в случае, если пустая порода обладает четко выраженной спайностью.

Одним из самых распространенных способов обогащения является гравитационное обогащение, основанное на различии удельного веса вермикулита и пустой породы. Гравитационное обогащение может осуществляться в водной или воздушной среде, а также в суспензиях. Чаще всего применяется водная среда. При гидравлической гравитации не происходит пыления, легче удаляются мелкодисперсные частицы пустой породы, качество концентрата получается более высоким, чем при пневматическом способе. Обогащение в суспензиях дорого.

Гравитация в водной среде для крупных фракций осуществляется в отсадочных машинах, принцип действия которых основан на различии в скорости падения зерен пустой породы и вермикулита в восходящем потоке воды. Мелкие фракции обогащаются в потоке воды, поступающем; на наклонные концентрационные столы, которые совершают неравномерные возвратно-поступательные колебания. Перед гравитационным обогащением порода обязательно рассеивается на отдельные фракции.

Весьма эффективна при обогащении вермикулита флотация, основанная на различии в физико-механических свойствах минералов, входящих в состав породы, в частности их смачиваемости. Минералы группы слюд являются сравнительно гидрофобными, поэтому в водной среде с добавками поверхностно-активных веществ, особенно при продувании воздуха через пульпу, вермикулит всплывает, а более гидрофильная пустая порода тонет.

Менее эффективны, чем перечисленные способы, электромагнитная сепарация и обогащение на вибростоле. В электромагнитном сепараторе под действием тока высокого напряжения происходит разделение руды на магнитную и. немагнитную фракции. Обогащение вибрированием осуществляется на вибростоле, располагающемся с наклоном в двух плоскостях и колеблющемся в продольном направлении со строго определенными частотой и амплитудой. В результате вермикулит перемещается вверх, а пустая порода вниз. Обогащение на вибростоле эффективно лишь для крупных фракций.

Как уже упоминалось, в России и за рубежом обычно применяются комбинированные способы обогащения. США обогащение вермикулитовой породы производится большей частью путем избирательного дробления и грохочения в сочетании с мокрыми способами. Технологическая схема обогащения вермикулитовой руды Ковдорского месторождения, на обогатительной установке, действующей в настоящее время в Ковдоре, представлена на рисунке 3.1.1. На основе этой установки, разработанной институтом. Гипронинеметаллоруд, создается крупная обогатительная фабрика.

Ковдорский концентрат содержит 5-15 % пустой породы. Извлечение вермикулита из породы сравнительно невелико и составляет около 40 %. Основным недостатком существующей схемы является то, что в отвал направляется фракции менее 1 мм, содержащая более 20 % вермикулита от общего его количества в породе. В технологический схеме обогащения предусматривается заменить отсадку фракций менее 3 мм обогащением в винтовом сепараторе с доводкой на концентрационных столах.

Дробление вермикулита. Максимальный размер зерен вермикулита, который применяется в качестве заполнителя в бетонах и растворах, а также в засыпках, не должен превышать 10 мм, так как более крупные, хорошо вспученные гранулы, как правило, имеют слабые связи между отдельными чешуйками и поэтому легко ломаются. Наличие таких зерен в составе заполнителя приводит к снижению прочности вермикулитовых изделий. Кроме того, зерна больших размеров, имеют крупные поры, а это отрицательно сказывается и на теплоизоляционных свойствах изделий и засыпок.

Наибольшую ценность представляют зерна вермикулита размером 5-10 мм, так как, обладая достаточной прочностью и сравнительно небольшими порами, они дают при обжиге больший выход вспученного вермикулита сравнению с мелкими фракциями. Их объемный насыпной вес в 2-3 раза ниже, чем у мелких фракций. Кроме того, на месторождениях типа Ковдорского, представленных дезинтегрированной смесью вермикулита и пустой породы, количество крупных фракций сравнительно невелико. Вследствие этого дробить вермикулит следует так, чтобы выход крупных фракций был возможно больший. При механическом воздействии зерна вермикулита легко раскрепляются по плоскостям спайности, образуя очень тонкие слабо вспучивающиеся чешуйки, поэтому при дроблении необходимо исключить и чрезмерное расщепление вермикулита.

Вермикулит по своей структуре и свойствам существенно отличается от других природных каменных материалов, дробление которых с успехом может вестись на молотковых, щековых, валковых и других видах дробилок. Способность вермикулита расщепляться на тонкие пластинки и, в ряде случаев, довольно высокая вязкость не позволяет использовать существующие дробильные установки для его измельчения. Физические свойства вермикулита, а также указанные выше требования к дробленому материалу требуют, чтобы измельчение вермикулита производилось не ударным или раздавливающим воздействием, а резанием или одновременно действующими резанием и ударом.

Проведенные в исследования по измельчению вермикулита позволили установить, что хорошие результаты могут быть получены при использовании молотковых дробилок с режущими ножеобразными билами. Иx применение позволяет уменьшить степень измельчения, увеличить толщину зерен дробленого вермикулита, снизить удельную работу дробления

Производительность дробилки в значительной степени зависит от физико-механических свойств вермикулита и крупности исходного сырца. Хрупкий флогопитовый вермикулит измельчается легче, чем довольно вязкий, биотитовый. Еще хуже дробится гидрослюда. Уменьшение размера зерен исходного сырца при одинаковой степени загрузки дробилки приводит к повышению ее производительности.

Значительно повысить производительность дробилки и выход крупных фракций позволяет увеличение диаметра отверстий разгрузочной решетки до 20 мм. Правда, примерно 35 % всего материала требует повторного дробления, но этот недостаток полностью компенсируется увеличением производительности более чем в 2 раза при расчете на весь продукт дробления и в 1,5 раза при расчете на фракцию менее 10 мм. Выход вермикулита фракции 5-10 мм увеличивается в продукте дробления размером менее 10 мм с 40 до 60 %.

Существенное влияние на выход крупных фракций и толщину зерен измельчаемого материала оказывает скорость вращения ротора дробилки. При высокой скорости происходит переизмельчение материала вследствие того, что сильный воздушный поток, создаваемый вращающимися билами, препятствует попаданию зерен на разгрузочную решетку, и они длительное время подвергаются измельчающему действию бил. Производительность дробилки при этом снижается по сравнению с оптимальной (более низкой) скоростью вращения ротора. При небольшой скорости кинетическая энергия удара мала, и процесс дробления протекает ненормально (с резкими толчками). Оптимальные результаты получаются при угловой скорости вращения ротора 840 об/мин или окружной линейной скорости около 18 м/сек. При этой скорости кинетическая энергия удара остается достаточно высокой для измельчения зерен вермикулита и в то же время в дробилке не создается сильного потока воздуха.

Степень измельчения понижается, если разгрузочная решетка занимает значительную часть камеры дробления (до половины ее площади). С этой же целью, целесообразно применение не острых дробящих выступов на внутренней поверхности камеры дробления, а волнообразных, которые обеспечивали бы лишь отбрасывание пластин вермикулита от стенок камеры на билы.

Следует отметить, что дробленый вермикулит вспучивается хуже, чем недробленый, так как при ударном воздействии нарушается его микроструктура. Вследствие того, что толщина зерен дробленого сырца обычно невелика, после обжига его гранулы имеют пластинчатую форму. Можно предположить, что более эффективными будут установки, работающие не по принципу сочетания удара с резанием, а измельчающие вермикулит лишь режущим воздействием.

Обжиг вермикулита. Наилучшим способом обжига вермикулита, является обжиг во взвешенном состоянии в шахтных или в трубчатых печах. Этот способ обеспечивает интенсивное нагревание зерен вермикулита и кратковременность пребывания их в зоне высоких температур.

Во взвешенном состоянии вспученный вермикулит беспрепятственно передвигается в печи, не измельчаясь, при этом легко создаются условия для отделения пустой породы, оставшейся в концентрате.

Во взвешенном состоянии позволяет производить обжиг вермикулита шахтная печь конструкции ВНИПИ Теплопроект.

Печь представляет собой вертикальную металлическую трубу, футерованную изнутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Подача сырья производится через загрузочную воронку, расположенную в верхней части печи.

Падая вниз, вермикулит попадает в восходящий поток горячих газов, движущихся со сравнительно небольшой скоростью и образующихся вследствие сгорания мазута или природного газа в расположенных в нижней части печи форсунке высокого давления или горелке низкого давления.

Вспучившийся вермикулит преодолевает сопротивление газовоздушного потока, падает на наклонный под печи и скатывается в бункер готовой продукции. Техническая характеристика печи приведена в таблице 3.3.1.

Существуют шахтные печи, загрузка сырья в которых может осуществляться с различных уровней в зависимости от размера обжигаемых зерен. Крупные фракции загружаются с более высоких уровней, чем мелкие, что обеспечивает длительное пребывание их в печи. Существуют и печи большей производительности. В США, например, используются печи, обеспечивающие получение до 9 м ³ вспученного вермикулита в 1 ч.

Существенным недостатком печей этого типа является то, что в них не обеспечивается, отделение пустой породы. Поэтому главным их назначением является применение для получения обожженной вермикулитовой руды, содержащей, кроме вермикулита, и пустую породу. Такой материал, как будет показано ниже, может применяться для получения конструктивно-теплоизоляционных бетонов. Эти печи можно применять и для обжига вермикулита не содержащего пустой породы.

Таблица 3.3.1 - Техническая характеристика шахтной печи. Теплопроект для обжига вермикулита

Показатели	Характеристика печи, работающей	Показатели	Характеристика печи, работающей
	На мазуте	На газе		На мазуте	На мазуте
Высота шахта в мм	6600	Расход воздуха в м 3/ч	500	530
Внутренний диаметр шахты в мм	800	Давление воздуха в мм. вод. ст.	200
Температура в зоне обжига в °С	1100	Расход топлива	40 кг/ч	50 м3/ч
Температура отходящих газов в °С	700	Давление топлива в мм. вод. ст.	10 000	150
Скорость газовоздушной потока в м/с	0,26	0,28	Производительность по вспученному вермикулиту в м 3/ч	3,0

Одной из печей, позволяющих производить отделение пустой породы от вермикулита при обжиге, является шахтная печь конструкции НИИСМИ предназначенна для обжига перлита (рисунок 3.3.2, таблица 3.3.2).

Насыпной вес обожженного продукта довольно высок (200-350 кг/м³) в этом случае целесообразно предварительно отсеивать мелкую фракцию сырья (менее 0,3 мм).

Печь может работать на сырье с любым содержанием пустой породы. Однако при большом ее количестве производительность печи падает: так, для ковдорского концентрата при увеличении содержания пустой породы с 3,5 до 40 % производительность печи снижается с 2,6 до 1,5 м³/ч.

Существуют шахтные печи в 3-4 раза большей мощности. При их использовании производительность по вермикулиту можно также резко, увеличить.

Совмещение процесса обжига и обогащения имеет место и в наклонной трубчатой печи, построенной на Невском машиностроительном заводе им. В.И. Ленина (НЗЛ) В Ленинграде. Схема печи представлена на рисунке 3.3.3, а таблица технических характеристик печи 3.3.4.

Сырье из бункера питателем подается в загрузочную воронку и попадает в горячий газовоздушный поток, создаваемый форсункой основной камеры сгорания и вентилятором.

Пустая порода преодолевает сопротивление газовоздушного потока и под действием собственной силы тяжести движется вниз по восходящей ветви печи, ссыпаясь в приемный бункер. Мелкие зерна вермикулита вспучиваются и уносятся газовоздушным потоком в нисходящую ветвь печи, откуда попадают в бункер готовой продукции. Крупные зерна вермикулита прогреваются несколько медленнее мелких, поэтому после выхода из загрузочной воронки они некоторое время движутся вниз по восходящей ветви печи, однако при вспучивании они приобретают значительно большую парусность и под действием газовоздущного потока выносятся в нисходящую ветвь печи, а затем в приемный бункер. Чтобы газовоздушная струя не препятствовала продвижению пустой породы, она направляется в боковую стенку трубы. Включение в работу второй камеры сгорания целесообразно для повышения температуры в нисходящей ветви печи лишь в том случае, если на обжиг поступает очень влажный вермикулит.

Приведенный режим, применим для обжига сырья фракций 0,6-10 мм при любом содержании пустой породы. Ее отделение происходит полностью. Однако, чем больше содержание пусто породы, тем ниже производительность печи.

Таблица 3.3.4

Распространенным типом печи для обжига вермикулита является горизонтальная трубчатая печь, впервые предложенная американской фирмой "Шондлер". В этой печи вермикулит вспучивается также в течение нескольких секунд в струе раскаленных газов с температурой 1000-1100° С. Продолжительность обжига регулируется интенсивностью дутья и углом наклонатрубы.

Основными частями сушильно-печного агрегата являются сушильный барабан, трубчатая печь и циклон. Сырье загружается в бункер и барабанным питателем подается во вращающийся сушильный барабан. Вермикулит, подвергающийся сушке, медленно продвигается из одного конца барабана в другой. Его движению способствуют наклон барабана и специальные винтообразные полки внутри него.

Сушка осуществляется отходящей от печи газовоздушной смесью, разбавленной по пути следования от циклона воздухом из всасывающего воздухопровода.

Сырец, высушенный до влажности около 5 % и нагретый до 100 °С, поступает в бункер и при помощи барабанного питателя непрерывно загружается в печь, где попадает в горячий газовоздушный поток. Необходимая для обжига температура поддерживается сжиганием жидкого топлива, распыляемого форсункой. Движение вспученного вермикулита в печи осуществляется за счет подачи подогретого воздуха из циклона через воздухопровод и отсоса газовоздушной смеси через сушильный барабан. Как печь, так и барабан работают под вакуумом, который создается вентилятором, установленным в вытяжной трубе.

Таблица 3.3.5

Этот агрегат предназначен для обжига вермикулита, не содержащего пустой породы. Если в сырье содержится пустая порода, то ее отделение может производиться воздушной сепарацией в специальном устройстве (рисунок 3.3.5). Обожженный продукт из печи подается барабанным питателем в течку сепаратора. Воздух, нагнетаемый вентилятором, подхватывает зерна вспученного вермикулита и уносит их через расширяющийся патрубок в трубопровод, откуда они поступают в бункер готовой продукции. Пустая порода преодолевает сопротивление воздушного потока и падает вниз в приемный бункер. Сепаратор не обеспечивает отделения пустой породы крупностью менее 0,6 мм. Из данных таблицы 3.3.6 видно, что по своим показателям сушильно-печной агрегат близок к шахтной.



Ниже приводится характеристика сырья и работы вращающейся печи по обжигу вермикулитовой породы Барчинского месторождения Условия обжига во вращающейся печи безусловно хуже, чем в печах, позволяющих вспучивать вермикулит во взвешенном состоянии. В ней зерна вермикулита движутся сплошной массой, мешают нормальному вспучиванию друг друга, происходит и некоторое измельчение материала за счет трения. Объемный насыпной вес породы после обжига во вращающейся печи примерно на 10 % больше, чем породы, обожженной в лабораторной муфельной печи в тонком слое в статическом состоянии.

Каждая из рассмотренных выше печей обладает определенными достоинствами и недостатками. Выбор той или иной печи для производства вспученного вермикулита должен определяться видом используемого сырья и требованиями, предъявляемыми к вспученному продукту.

Сопоставив все технические характеристики печей, мы можем проанализировать каждую и сделать выбор.

Наклонную трубчатую печь целесообразно использовать для обжига мелкозернистого концентрата и породы также с целью получения вспученного вермикулита без пустой породы. Печь невелика по размерам, это экономит место в цехе. Степень вспучивания вермикулита в ней та же, что и в предыдущих. Недостатком ее является небольшая производительность.

Достоинством данной печи по сравнению с другими является то, что она обеспечивает отделение пустой породы и в сырье крупностью менее 0,6 мм, для чего необходимо обжигать фракцию менее 0,6 мм отдельно и снижать скорость газовоздушного потока. При обжиге нефракционированното сырья примерно 50 % пустой породы мелкой фракции не отделяется от вспученного вермикулита. Качество вспучивания вермикулита в данной печи такое же, что и во всех остальных, позволяющих производить обжиг во взвешенном состоянии.

По техническим характеристикам эта печь удовлетворяет всеми показателями, кроме производительности, а так как нам надо 31 тыс. м ³/год, то мы выберем эту печь.

1.3 Режим работы и производственная программа предприятия

Проектная мощность и производственная программа. Проектная мощность - показатель проектируемого предприятия по максимальному выпуску установленной продукции в натуральных единицах.

Для проектируемого предприятия коэффициент использования мощности назначается равным 1. Поэтому заданная проектная мощность корректируется по установленному оборудованию.

Производственная программа представляет собой развернутую мощность, т.е. предусматривает выпуск продукции в определенный промежуток времени. Данные расчетов указаны в таблице.

Проектная мощность. Производственная мощность - 8 м³ / час

Смена =8*8=64 м³

Сутки = 64*2=128 м³

Год=128*247=31616 м³

Таблица 3 - Проектная мощность цеха

№ п/п	Вид изделия	Программа выпуска, м 3.
		в год	в сутки	в смену	в час
1	Вспученный вермикулит	31616	128	64	8

Таблица 4 - Проектная мощность цеха с учетом брака (брак - 2 %)

№ п/п	Вид изделия	Программа выпуска шт.
		в сутки	в смену	в час
1	Вспученный вермикулит	125,44	62,72	7,84

Режим работы предприятия

Отделении, участок, цех	Рабочих дней в году Jф	Рабочих смен в сутки	Длительность смены, ч	Коэф. использования оборудования Kн	Годовой фонд времени работы Jф.о
цех	247	2	8	0,8	209,6

Для пятидневной рабочей недели:

Jф=J-Jкап=262-15=247.

Jкап - количество дней для капитального ремонта.

Годовой фонд времени работы оборудования.

Jф.о.=J*Kн=262*0,8=209,6 суток.

Kн - нормативный коэффициент использования оборудования во времени (0,7-0,92).

Производственная программа. Расчет программы ведется по годовому фонду времени работы оборудования с учетом потерь от брака 1-2 %.

Вид продукции	Единица измерения	Выпуск продукции м3
		В год	В сутки	В смену	В час
Вспученный вермикулит	м3	30983	125,44	62,72	7,84

1.4 Сырье

Вермикулитами (от лат. vermiculis - червеобразный) называют минералы из группы гидрослюд, способные вспучиваться при нагревании. Вермикулит является продуктом низкотемпературных гидротермальных процессов и последующего выветривания магнезиальных и магнезиально-железных слюд, флогопита и биотита. Для вермикулита характерна пластинчатая структура. Вспученный вермикулит (зонолит) получают обжигом минерала вермикулита. Вермикулитовое сырье, пригодное для вспучивания, должно удовлетворять следующим требованиям:

- у материала, предназначенного для засыпной изоляции, предельная крупность частиц не должна превышать 15 мм;

- у материала, применяемого для получения теплоизоляциооных и звукоизоляционных штучных изделий, предельная крупность частиц не должна превышать - 7-12 мм;

- невспучивающихся частиц в вермикулите должно быть не более 8 %;

- сырье не должно быть загрязнено примесями других пород;

- влажностьвермикулита не должна быть выше 7 %.

Сырьем для производства термовермикулита (вспученного вермикулита) является минерал вермикулит, представляющий собой сложный, высокогидратизированный алюмосиликат магния, отличающийся непостоянством химического состава. Он образовался в результате выветривания или гидротермальных применений ферромагнезиальных слюд: флогопита и биотита.

Сохранив внешний чешуйчатый вид слюды, вермикулит отличается от биотита и флогопита малой эластичностью и пластинок и пониженной их твердостью (1-1,5 по шкале твердости Мооса), удельная масса его 2,05-2,71, а температура плавления 1300 ⁰С.

Вермикулит относится к водным алюмосиликатам сложного химического состава, содержащим, как и другие гидрослюды цеолитную воду.

Кроме того, вода в вермикулите содержится частично между чешуйками материала (межпакетная), а частично в кристаллах (кристаллизационная).

Химический состав вермикулита зависит от состава исходной слюды флогопита K₂O·6MgO·Ai₂O₃·6SiO₂·2H₂O и биотита K₂O·6(MgFeO)·Ai₂O₃·6SiO₂·2H₂O, а также от степени изменения слюды в месторождении под действием гидротермальных и других процессов.

При гидротации слюды изменяется ее состав: уменьшается количество FeO, K₂O, Na₂O, TiO₂, MnO, Al₂O₃, несколько возрастает содержание SeO₂, Te₂O₃, MgO, а главным образом цеолитной воды.

Так как превращение биотита и флогопита в вермикулит происходит постепенно, то, как правило, отдельные образцы вермикулита, добытого из различных участков одной и той же залежи, имеют разную степень гидратации и колеблющийся химический состав. Высшая температура плавления вермикулита (~1400 ⁰С) позволяет применять его для устройства тепловой изоляции агрегатов, работающих при температуре до 1000-1100 ⁰С.

Замечательным свойством вермикулита является способность его частиц вспучиваться - превращаться при нагревании в червеобразные гранулы. Незначительное увеличение объема вермикулита начинается при нагревании до 160-200 ⁰С, а максимальное вспучивание происходит при 700-1100 ⁰С, при этом размер частиц увеличиваются в 20-25 раз. Вспучивается вермикулит вследствие того, что содержащаяся в нем вода превращается в пар, расслаивает частицы вермикулита по плоскостям спайности на отдельные пластины - чешуйки.

Тончайшие прослойки воздуха между отдельными пластинами вспученного вермикулита обуславливают малый объемный (насыпной) вес, равный 60-110 кг/м ³, что зависит от гранулометрического состава исходного природного вермикулита и от загрязнения его соответствующими породами. Объемный вес вспученного вермикулита с увеличением величины частиц, как правило, возрастает. Объемный насыпной вес вспученного вермикулита зависит от зернового состава, степени вермикулитизации сырца, от температуры непродолжительности обжига, формы зерен, наличия пустой породы.

Зависимость объемного насыпного веса вспученного вермикулита от его зернового состава приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Зависимость объемного насыпного веса вспученного вермикулита и породы, обожженных в промышленных печах, от размера зерен: 1 - барчинский гидробиотит; 2 - барчинская порода; 3 - булдымский вермикулит; 4 - инаглинский вермикулит; 5 - ковдорский вермикулит; 6 - ковдорский гидрофлогопит; 7 - кокшаровский гидробиотит; 8 - потанинский гидробиотит

Крупнозернистый вермикулит обладает меньшим объемным насыпным весом, чем мелкозернистый, так как он лучше вспучивается при обжиге и имеет большую пористость, чем мелкий.

По значению объемного насыпного веса вспученный вермикулит делят на марки: 100, 150. 200. 250 и 300.

От величины объемного веса зависит теплопроводность вермикулита. Слюды являются алюмосиликатами слоистой структуры, обладающими весьма совершенной спайностью в одной плоскости. Основной их структурной единицей являются непрерывные слои кремнекислородных тетраэдров состава SiO₂. Каждая пара таких слоев связывается в общий плоский пакет бруситовыми из Mg(ОH)₂ или гидраргиллитовыми из Аl(ОН)₃ слоями. вермикулит свойство обогащение оборудование

Состав слюд выражается формулой:

Различные значения п, т и р, а также наличие в кристаллической решетке слюд различных катионов R²⁺ и R³⁺ обусловливают все их многообразие. Состав флогопита и биотита выражается следующими формулами: флогопита и биотита соответственно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Под действием выветривания слюды гидротируются и изменяют свой химический состав. Количество FeO, К₂О, Na₂О, МnО и даже Al₂O₃ уменьшается. Особенно много теряется щелочей и закисного железа, содержание которого уменьшается, в 3-7 раз. Частично оно переходит в окисное. Увеличивается содержание К₂О, MgO и часть Fe₂O₃ если не происходит ее выноса. Характер изменений, происходящих в слюдах, свидетельствует о том, что превращение слюд в вермикулит совершается в кислой среде. Этот процесс называют вермикулитизацией, так как в результате образуется новый минерал - вермикулит. Вермикулитизация в большинстве случаев не доходит до конца и образуются гидрослюды, занимающие по своим свойствам промежуточное положение между слюдами и вермикулитом. Химический состав гидрослюд выражается формулами гидрофлогопита и гидробиотита:

,

.

Химический состав вермикулита характеризуется полным отсутствием К₂О и Na₂O. Впервые химическая формула вермикулита была предложена J.W. Gruner:

.

Об изменении химического состава слюд в процессе вермикулизации можно судить по данным таблицы 2.2.

При вермикулитизации ионы калия, соединяющие пакеты из SiO₂ и Mg(ОН)₂, частично или полностью замещаются ионам, и Mg²⁺. Это приводит к увеличению размеров элементарной ячейки по оси с, появлению деформаций в структуре способствует и переход Fe²⁺ в Fe³⁺. Между силикатными пакетами появляются прослойки воды, состоящие из двух молекулярных слоев.

Из молекулярно-железистых слюд в особую группу выделяют гидрослюды, содержащие в своем составе цеолитовую воду. К таким слюдам относят вермикулит, который по химическому составу соответствует гидратированному биотиту или флогопиту, глауконит, соответствующий по составу, гидратированному лепидомелану.

Состав вермикулита выражают формулой:

(MgCa)_y(Ai,Fe,Mg)_z(Si,Ai,Fe)₄O₁₀(OH)₂(H₂O)_x,

где x - число молекул воды;

y - число обменных ионов (y=0,22…0,36);

z - число обменных ионов в октаэдрических положениях (х < 3).

Содержание отдельных оксидов составляет, % по массе:

SiO_2-33…34; Al₂O_3-6…18; - Fe₂O_3-5…7; - FeO - 1…9; - MgO - 19…25

- TiO₂ - до 1,6 с присутствием в ряде случаев CaO, MnO, NiO и других. Кристаллизационной и цеолитной воды содержится 8-20 %. В слюдах же содержание воды составляет не более 2 %. Изменение химического состава в процессе вермикулитизации влияет на изменение свойств слюд.

Между коэффициентом гидратации и коэффициентом вспучивания не наблюдается прямой зависимости, так как значительную роль играет расположение слоев вермикулита и гидратированных слюд: при регулярном переслаивании вермикулитовых и слюдяных слоев параметр кривых вспучивания при нагревании и охлаждении практически одинаков. Для гидрослюд с переслаиванием вермикулитовых слоев со слюдяными характер кривых иной: температуры максимума вспучивания первых - 300 ⁰С, а вторых около 800 ⁰С.

Зерна вермикулита имеют кубообразную форму, а зерна гидрослюд - пластинчатую. Форма зерен вспученного материала характеризуется пластинчатостью (отношением полусуммы крайних размеров зерна по плоскости спайности к высоте зерна).

Материальный баланс производства. Исходные данные:

1. Годовой выпуск вспученного вермикулита проектируемого цеха - 31616. м³/год;

2. Средняя плотность сырьевых материалов - 100 кг/м³;

3. Влажность - 4 %.

Наименование передела	G, м3/год	G, т/год	Потери % Потребность в сырье, т
			физ. -мех.	хим.	в год	в сутки	в смену	в час
Склад готовой продукции	31616	4742,4			4742,4	19,2	9,6	1,2
Сепаратор
Пустая порода и гидрослюда			5		4979,5	20,16	10,08	1,26
Обжиговый комбайн
п.п.п.				8,5	5402,7	21,87	10,4	1,3
унос			3		5564,7	22,52	10,7	1,34
влажность			3		5731,6	23,19	11	1,38
Расходный бункер
потери при транспортировании			5
Грохочение			2
Дробление			1
Склад сырья			1

Коэффициент неравномерности потребления учитывается при расчете количества технологического оборудования и транспортных средств.

Наименования сырья	Единица измерения	Расходы сырья
		В час	В смену	В сутки	В год
Вспученный вермикулит	м^3	до 1,3	до 1,2

1.5 Выбор и расчет количества основного технологического оборудования

Расчет производится в порядке, предусмотренном технологической схемой.

Количество машин определяется по формуле:

К_м - количество машин, подлежащих установке;

П_т - требуемая производительность машин для данной операции в единицу времени - в час;

П_ч - паспортная производительность машин выбранного типа в час;

К_и - коэффициент использования оборудования по времени.

1. Молотковая дробилка НМ 5:

Производительность, требуемая 8м³/час.

Производительность 5 т/час.

Основной мотор мощностью 30 кВт.

Диаметр ротора 708 мм.

Частота вращения 2950 об/мин.

Количество молотков 54 шт.

Площадь сита 65 дм².

Поток воздуха 35 м³/мин.

Габарит 1614х 968х 1120 мм.

2. Сушильный барабан СБ-1,6:

Производительность, т/ч 10-18.

Мощность, кВт-400-900.

3. Трубчатая печь. ПТГ-0,5:

Производительность - До 20 тыс. тонн в год по сырью.

Мощьность - 0,5 МВт.

4. Ленточный конвеер:

(1)

где к_н - коэффициент неравномерности загрузки конвейерной линии; к_в - коэффициент использования конвейерной линии по времени, равный отношению фактического времени работы конвейера к плановому в смену; обычно принимают к_в = 0,7-0,95 (по указанию заказчика в зависимости от организации и технологии производства); кⁿ_г - коэффициент готовности конвейерной линии; n - число конвейеров в линии. Для стационарного конвейера к_г = 0,96.

V=10,52 м³/час.

Ведомость технологического оборудования

№	Наименование оборудования	Марка	Кол-во ед.	Мощность двигателя, кВт	Коэф. использ-я оборуд-я, Ки
				единичная	общая
1	Молоткова дробилка		1	30	30
2	Сушильный барабан		1	400	400
3	Трубчатая печь		1	500	500
4	Ленточный конвейер		1	55	55	0,95

Расчет бункеров:

Q - производительность, т/м³;

t - время запаса - 10, ч;

с_н-насыпная плотность материала т/м³;

К_з - коэффициент заполнения бункера, 0,9.

V=117 m³/год.

l= b= h.

1.6 Расчет потребности в энергетических ресурсах

Расход электроэнергии

Наименование оборудования с электродвигателем	Кол-во ед.	Мощность двигателя, кВт	Коэф. спроса	Годов. фонд раб. времени, ч	Годовой расход электроэнергии, кВт*ч
		единичная	общая
Молотковая дробилка НМ 5	1	30	30		5030,4	150912
Сушильный барабан СБ-1,6	1	400	400		5030,4	2012160
Трубчатая печь. ПТГ-0,5	1	500	500		5030,4	2515000

1.7 Контроль производства и качества готовой продукции

Основные задачи и методы технического контроля. Технический контроль - это проверка соответствия объекта (материала, изделия или процесса) установленным требованием, что относится к системе государственных испытаний, а значит, подчиняется правилам стандартизации и сертификации.

Стандартизация - деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного использования реально существующих или потенциальных задач. Результатом этой деятельности является разработка нормативных документов. В зависимости от специфики объекта стандартизации и содержание установленных к нему требований различают стандарты основополагающие, на продукцию или услуги, а также стандарты на процессы, на методы контроля (испытаний, измерений, анализа).

Сертификация - подтверждение соответствия товара обязательным нормативным требованиям, которое сопровождается выдачей сертификата соответствия.

Любой контроль можно свести к осуществлению двух этапов:

получение первичной информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств;

сопоставление первичной информации с заранее принятыми требованиями, нормами, критериями, обнаружение соответствия или расхождений фактических и требуемых данных, что дает вторичную информацию.

Вторичная информация используется для выработки соответствующих управляющих воздействий, совершенствование производства, повышения качества продукции и т.п.

Основными задачами системы контроля являются:

· определение качества поступающих на завод материалов;

· установление состава и свойств потоков материалов в процессе производства;

· слежение за параметрами технологического процесса по всем производственным переделам;

· контроль качества и сертификация (паспортизация) продукции;

· анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью совершенствования технологического процесса.

Основные виды и объекты технического контроля.

Таблица. Характеристика основных видов и объектов ОТК

Цех	Этапы производственного процесса	Объект контроля	Основной вид контроля
Карьер	Заготовка сырья и исходных материалов	Вермикули-товая порода	Определение внешнего вида, химического состава, засоренности посторонними примесями, определение зернового состава, определение влажности
Подготовительный	Обогащение породы	Валковые дробилки	Размеры мундштука и кернов; проверяется величина зазора вальцов грубого и тонкого помола.
Дробильный	Дробление и фракционирование вермикули-тового сырья	Молотковая дробилка	Правильность и периодичность загрузки и выгрузки сырья; срок дробления; определение оптимального гранулометрического состава
Обжиговый	Загрузка и обжиг	Обжиг	Поверка температурного режима; пользования газовыми горелками; анализ газов; длительность цикла.
Склад готовой продукции	Складирование и хранение	Бункера готовой продукции	От партии вспученного вермикулита отбирается проба для оценки качества, марки, водопоглощения и морозостойкости; контроль выдачи готовой продукции.

2. Охрана окружающей среды

Охрана окружающей среды является важным мероприятием в настоящее время, в особенности этому фактору должно уделяться большее внимание предприятиям и заводам, которые в большей мере влияют на ее состояние. Существуют два основных направления природоохранной деятельности

предприятий. Первое - очистка вредных выбросов. Второе направление - устранение самих причин загрязнения, что требует разработки малоотходных, а в перспективе и безотходных технологий производства, которые позволяли бы комплексно использовать исходное сырье и утилизировать максимум вредных для биосферы веществ.

Для очистки применяют различные конструкции аппаратов. По способу улавливания пыли их подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой) и электрической очистки газов.

Предельно допустимые нормы выброса загрязняющих веществ напрямую связаны с процессом производства цемента и поэтому являются объектом технического регулирования.

Для уменьшения выбросов NO, при производстве изделий рекомендуется применение следующих методов:

Инжекция воды в топливо или непосредственно в факел. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 50 % (до 400 мг/нм³).

Применение специальных двухпоточных горелок. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 30 % (до 600-1000 мг/нм³).

Многостадийное сжигание топлива (в печи, в кальцинаторе и в циклонном теплообменнике). Может использоваться только для печей с циклонным теплообменником и кальцинатором. Эффективность снижения концентрации NO, - до 10-50 % (< 500-1000 мг/нм³).

Сжигание альтернативного топлива (шин, твердых отходов) в средней части вращающейся печи. Может использоваться для длинных печей мокрого способа производства. Эффективность снижения концентрации NOх - до 20-40 %.

Использование минерализаторов при обжиге клинкера. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 10-15.

Селективное некаталитическое восстановление NOх (введение в газы с температурой 800-1000 °С восстановителей типа NH3, NHCO). Метод рекомендован для использования в печах с циклонным теплообменником и кальцинатором. Эффективность снижения концентрации NOх - до 10-85 % (до 200 мг/нм³).

Селективное каталитическое восстановление (восстановление NOx до N2c помощью NH3 при 300-400 °С и с исполь­зованием специальных сотовых проточных катализаторов). Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 85-95 % (до 100-200 мг/нм³).

Первичной мерой снижения выбросов S02 в окружающую среду является увеличение кислорода в отходящих печных газах. Однако при этом, как правило, в отходящих газах повышается содержание NOx. В качестве дополнительных методов для снижения выбросов SO2 в промышленности рекомендуется:

Введение в газовый поток адсорбента (СаО или Са(ОН)₂ в виде порошка или водной суспензии при температурах 400-600 °С), Может использоваться для всех видов печей. Рекомендуется использовать при начальной концентрации SO, в отходящих газах до 1200-3000 мг/нм³. Эффективность снижения концентрации S02 - до 60-80 % (до 400 мг/нм³).

Использование сухого адсорбера для адсорбции SО2. Ha смеси сырьевой муки и Са(ОН)₂. Может использоваться на печах сухого способа производства. Рекомендуется использовать при начальной концентрации SО2 в отходящих газах более 3000 мг/нм³. Эффективность снижения концентрации SО2 - до 90 % (< 400 мг/нм³).

Использование мокрого скруббера или барботера для адсорбции SО2 водной суспензией Са(ОН)₂. Может использоваться для всех видов печей. Рекомендуется использовать при начальной концентрации SО2 в отходящих газах до 1500 мг/нм³. Эфсрективность снижения концентрации SO2 - более 90 % (< 200 мг/нм³).

Использование адсорберов на основе активированного угля. При адсорбции SО2 на активированном угле происходит одновременное снижение концентрации всех вредных выбросов. Отработанный адсорбент может использоваться в качестве альтернативного топлива.

Список используемой литературы

1. А.Г. Касаткин "Основные процессы и аппараты химической технологии", М. 1971 г.

2. А.Г. Комар "Строительные материалы и изделия", М. 1983 г.

3. В.А. Китайцев "Технология теплоизоляционных материалов", М. 1970 г.

4. К.Н. Дубенецкий, А.П. Пожнин "Вермикулит (свойства, технология и применение в строительстве)", Л. 1971 г.

5. К.Э. Горяйнов, С.К. Горяйнов "Технология теплоизоляционных материалов и изделий", М. 1982 г.

6. Н.Н. Кальянов, А.Н. Мерзляк "Вермикулит и перлит-пористые заполнители для теплоизоляционных изделий и бетонов", М. 1961 г.

7. Ю.Л. Бобров, Е.Г. Овчаренко, Б.М. Шойхет, Е.Ю. Петухова "Теплоизоляционные материалы и конструкции", М. 2003 г.

8. Ю.П. Горлов "Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий", М. 1989 г.

9. Вермикулит. Свойства. Технология вспучивания. Комплексные ограждающие конструкции и изделия / Под общ. Ред. А.А. Марченко и Г.В. Гемммерлинга. - М.: Стройиздат, 1968.

10. Дубеницкий К.Н. Вермикулит / К.Н. Дубеницкий, А.П. Пожнин. - М.: Стройиздат, 1971.

11. Ицкович С.М. Технология заполнителей бетона: Учебное пособие / С.С. Ицкович, Ю.М. Баженов, Л.Д. Чумаков. - М.: Высшая школа, 1990.

12. Справочник по производству искусственных пористых заполнителей / Под ред. В.В. Исидорович. - М.: Стройиздат,

13. Справочник по производству теплоизоляционных материалов. - М.: Стройиздат, 1975.