Технологическая линия по производству жидкого стекла

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, 2 н. раствор.

Сахар-рафинад по ГОСТ 22-78, 2%-ный раствор.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Индикатор конго красный по нормативно-технической документации.

Кислотный хром темно-синий; готовят по п. 1.6.2.5.2.

Трилон Б, 0,025 моль/дм3 раствор, готовят по п. 1.6.2.5.3. Поправку к концентрации трилона Б для окиси кальция определяют по п. 1.6.2.5.3.

1.6.2.7.3 Проведение испытания

Приготовление раствора для определения окиси кальция проводят по п. 1.6.2.5.4. Полученный раствор переносят количественно в коническую колбу вместимостью 250 см3, прибавляют 2 см3 раствора сахара, добавляют воды до объема 85-90 см3, опускают индикаторную бумажку «конго», нейтрализуют 2 моль/дм3 раствором гидроокиси натрия до покраснения бумажки, добавляют 2 см3 раствора сульфида натрия, перемешивают, дают 5 см3 раствора гидроокиси натрия, выдерживают раствор 1-2 мин, добавляют 8-10 капель раствора кислотного хром темно-синего и титруют (при непрерывном перемешивании) раствором трилона Б до перехода малиновой окраски раствора в неизменяющуюся синюю.

1.6.2.7.4 Обработка результатов

Массовую долю окиси кальция (Х4) в процентах вычисляют по формуле

X4=(V-V2)*K*0,0014*V3*100/m*V4

где V - объем 0,025 моль/дм3 раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см3;

К - поправка к концентрации 0,025 моль/дм3 трилона Б;

V2 - объем 0,025 моль/дм3 раствора трилона Б, израсходованный на титрование контрольного опыта, cм3;

0,0014 - количество СаО, соответствующее 1 см3 точно 0,025 моль/дм3 раствора трилона Б, г;

V3 - общий объем анализируемого раствора, см3;

V4 - объем аликвотной части анализируемого раствора, см3;

M - масса навески, г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,05%.

1.6.2.8 Определение массовой доли серного ангидрида весовым методом

1.6.2.8.1 Сущность метода

Метод основан на весовом определении общего количества серного ангидрида в виде сернокислого бария.

1.6.2.8.2 Аппаратура, реактивы и растворы

Тигли платиновые с крышками по ГОСТ 6563-75 № 100-8 и № 101-8.

Печь муфельная лабораторная с температурой 900-950°С.

Барий хлористый по ГОСТ 4108-72, 0,5 моль/дм3 раствор.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, разбавленная (1 : 1).

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, 2 моль/дм3 раствор.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484-78.

Серебро азотнокислое по ГОСТ 1277-75, 1%-ный водный раствор.

Метиловый оранжевый по нормативно-технической документации, приготовление раствора по ГОСТ 4919.1-77.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87, высшего сорта.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

1.6.2.8.3 Приготовление испытуемого раствора

Способ 1.

Используют фильтрат от выделенной кремниевой кислоты по п.1.6.2.3.3.

Способ 2.

Около 1 г жидкого стекла помещают на часовое стекло и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г. Навеску омывают 75-100 см3 горячей воды в стакан вместимостью 250 см3 и кипятят 10 мин. Затем добавляют 3-4 капли метилового оранжевого и подкисляют соляной кислотой до перехода желтого цвета раствора в ярко-розовый. Содержимое стакана кипятят 10-15 мин, после чего образовавшийся осадок кремниевой кислоты отфильтровывают на фильтр «синяя лента».

Осадок промывают горячей водой до полного удаления в промывных водах иона хлора (проба с азотнокислым серебром).

1.6.2.8.4 Проведение испытания

Раствор, полученный способом 1 или 2, нагревают до кипения и приливают к нему 4-5 капель соляной кислоты и при помешивании 20 см3 горячего раствора хлористого бария. Раствор с осадком оставляют на кипящей водяной бане на 2 ч (прикрыв стакан часовым стеклом) и на 12 ч при комнатной температуре. Осадок сернокислого бария отфильтровывают через двойной фильтр «синяя лента» и промывают горячей водой до полного удаления в промывных водах иона хлора (проба с азотнокислым серебром). Фильтр с осадком помещают в предварительно прокаленный и взвешенный платиновый тигель, осторожно подсушивают, озоляют, прокаливают в муфельной печи 30-40 мин при температуре 800-850°С и после охлаждения в эксикаторе тигель с осадком взвешивают. Прокаливание повторяют до постоянной массы.

Для проверки чистоты полученного осадка (если раствор был подготовлен по способу 2) его обрабатывают 1-2 каплями раствора серной кислоты и 5-6 каплями фтористоводородной кислоты. Полученную смесь выпаривают на воздушной бане досуха. Сухой остаток прокаливают снова в муфельной печи 30-40 мин при температуре 800-850°С и после охлаждения в эксикаторе тигель с осадком сернокислого бария взвешивают.

1.6.2.8.5 Обработка результатов

Массовую долю серного ангидрида (Х5) в процентах вычисляют по формуле

X5=m1*0,343*100/m

где m- масса навески жидкого стекла, г;

m1- масса осадка сернокислого бария, г;

0,343-коэффициент пересчета массы сернокислого бариянасерный ангидрид.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,05%.

1.6.2.9 Определение массовой доли окиси натрия ацидиметрическим методом

1.6.2.9.1 Сущность метода

Метод основан на ацидиметрическом титровании раствора с применением метилового оранжевого.

1.6.2.9.2 Реактивы, растворы

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, 0,1 моль/дм3 раствор.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87, высшего сорта.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Метиловый оранжевый по нормативно-технической документации, приготовление раствора-по ГОСТ 4919.1-77.

1.6.2.9.3 Проведение испытания

Навеску жидкого стекла массой около 0,5 г помещают на часовое стекло и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г.

Навеску смывают 75-100 см3 горячей воды в коническую колбу вместимостью 250 см3 и кипятят при помешивании в течение 20 мин. Раствор охлаждают и титруют раствором соляной кислоты в присутствии 3-4 капель метилового оранжевого до перехода желтой окраcки в бледно-розовую.

1.6.2.9.4 Обработка результатов

Массовую долю окиси натрия (Х6) в процентах вычисляют по формуле

X6=V*0,0031*100/m,

где V - объем точно 0,1 моль/дм3 раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, см3;

m - масса навески жидкого стекла, г;

0,0031 - количество окиси натрия, соответствующее 1 см3 точно 0,1 моль/дм3 раствора соляной кислоты, г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,4%.

1.6.2.10 Определение силикатного модуля

Силикатный модуль-отношение числа грамм-молекул двуокиси кремния к числу грамм-молекул окиси натрия. Силикатный модуль (X7) вычисляют по формуле

X7=X1*1,0323/X6

где X1 - массовая доля двуокиси кремния по пп. 1.6.2.3, 1.6.2.4;

X6 - массовая доля окиси натрия.

1,0323 - отношение молекулярной массы окиси натрия к молекулярной массе двуокиси кремния.

1.6.2.10.1 Определение силикатного модуля ускоренным методом

Метод основан на последовательном титровании раствором соляной кислоты жидкого натриевого стекла и раствором гидроокиси натрия до получения бесцветного раствора.

1.6.2.10.1.1 Аппаратура, реактивы, растворы

Весы лабораторные по ГОСТ 24104-88.

Колбы конические вместимостью 250 и 2000 см3 по ГОСТ 1770-74,

Колба мерная вместимостью 1000 см3 по ГОСТ 1770-74.

Цилиндр мерный вместимостью 100 и 1000 cм3 по ГОСТ 1770-74.

Капельница лабораторная стеклянная вместимостью 50 см3 по ГОСТ 25336-82.

Воронка стеклянная диаметром 56-100 мм по ГОСТ 25336-82.

Бюретка вместимостью 2 или 5 см3 по ГОСТ 20292-74.

Пипетка вместимостью 2 см3 по ГОСТ 20292-74.

Бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026-76.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, раствор 0,5 моль/дм3.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, раствор 0,5 моль/дм3.

Натрий фтористый по ГОСТ 4463-76, ч.д.а.

Калий хлористый по ГОСТ 4234-77, ч.д.а.

Смешанный кислотно-основной индикатор, полученный смешиванием равных объемов 0,2%-ного спиртового раствора метилового красного и 0,1%-ного спиртового раствора метиленового голубого, приготовленного при слабом нагревании (ГОСТ 4919.1-77, ГОСТ 4919.2-77),

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

1.6.2.10.1.2 Приготовление растворов фтористого натрия и хлористого калия.

60 г фтористого натрия и 100 г хлористого калия взвешивают с погрешностью не более 0,5 г, переносят в коническую колбу вместимостью 2000 см3 и добавляют из мерного цилиндра 1000 см3дистиллированной воды. После суточного отстаивания раствор фильтруют.

1.6.2.10.1.3 Проведение испытания

В коническую колбу вместимостью 250 см3 вводят пипеткой от 5 до 7 капель исследуемого раствора жидкого стекла и добавляют из мерного цилиндра 70-80 см3 дистиллированной воды и 5-7 капель раствора смешанного кислотно-основного индикатора. Исследуемый раствор титруют раствором соляной кислоты 0,5 моль/дм3 с применением бюретки с ценой деления 0,01 см3 вместимостью 2 и 5 см3 до изменения зеленовато-голубой окраски в фиолетовую (V).

Затем добавляют из мерного цилиндра 50 см3 раствора смеси фтористого натрия и хлористого калия, после чего добавляют из бюретки с ценой деления 0,1 см3 вместимостью 25 см3 раствор соляной кислоты 0,5 моль/дм3 до изменения зеленовато-голубой окраски в устойчивую фиолетовую (V1).

Избыток кислоты оттитровывают 0,5 моль/дм3 раствором гидроокиси натрия до перехода фиолетового цвета в зеленовато-голубой (V2).

1.6.2.10.1.4 Обработка результатов

Силикатный модуль (М) вычисляют по формуле

M=V1-V2/2*V

где V - объем раствора соляной кислоты, использованный при титровании, см3;

V1 - объем добавленного раствора соляной кислоты, см3;

V2 - объем раствора гидроокиси натрия, использованный при титровании, см3.

Проводят не менее двух параллельных испытаний.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 1%.

1.6.2.11 Определение плотности ареометром

1.6.2.11.1 Аппаратура

Набор ареометров плотностью от 0,70 до 1,84 г/см3 с погрешностью не более 0,001 г/см3.

Термометр 3-Б2 по ГОСТ 215-73.

Цилиндр вместимостью 500 см3 по ГОСТ 1770-74.

1.6.2.11.2 Проведение испытания

Пробу жидкого стекла объемом около 500 см3 доводят до температуры (20±0,5)°С. Выливают в мерный цилиндр с термометром. Медленно погружают в раствор выбранный из набора ареометр. Проверяют, чтобы температура жидкого стекла была от 19,5 до 20,5°С, и удаляют термометр. Когда ареометр достигнет положения равновесия, слегка нажимают на него и дожидаются его возвращения в положение равновесия. Ареометр, погруженный в жидкость, не должен касаться стенок цилиндра, для чего диаметр цилиндра должен быть на 3-4 см больше диаметра ареометра.

Плотность определяют по шкале ареометра по верхнему мениску жидкости.

1.6.2.12 Определение плотности пикнометром

1.6.2.12.1 Аппаратура, реактивы

Пикнометр по ГОСТ 22524-77, вместимостью 50 см3.

Водяная баня или термостат.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87, высшего сорта.

Ацетон по ГОСТ 2603-79.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

1.6.2.12.2 Проведение испытания

Пикнометр с пробкой промывают водой, обмывают внутренние стенки спиртом или ацетоном. Дают просохнуть и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г. Открывают пробку, заполняют пикнометр до метки по верхнему мениску прокипяченной водой до температуры (20±0,5)°С, помещают в водяную баню или термостат, отрегулированные на температуру (20±0,5)°С, выдерживают не менее 10 мин, чтобы температура достигла равновесия и вынимают пикнометр, держа его за верхнюю часть. Выравнивают объем воды точно до метки, закрывают пробкой, обтирают снаружи и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г.

Освобождают пикнометр от содержимого, ополаскивают спиртом или ацетоном, дают просохнуть и заполняют до метки по верхнему мениску жидким стеклом, предварительно доведенным до температуры (20±0,5)°С, не допуская воздушных пузырьков, особенно, когда раствор имеет высокую вязкость. Помещают пикнометр с испытуемой пробой в водяную баню или термостат, отрегулированные на температуру (20±0,5)°С, выдерживают не менее 10 мин, вынимают, обтирают снаружи, выравнивают объем жидкого стекла точно по метке по верхнему мениску, плотно закрывают пробкой и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г.

1.6.2.12.3 Обработка результатов

Плотность жидкого стекла (r) в г/см3 вычисляют по формуле

r=(m2-m)*r1/(m1-m)

где m2 - масса пикнометра с жидким стеклом, г;

m1 - масса пикнометра с водой, г;

m - масса пустого пикнометра, г;

r1 - плотность воды при температуре 20°С, равная 0,9982 г/см3.

Погрешность измерения не должна превышать 0,001 г/см3.

1.6.2.13 Определение массовой доли нерастворимых в воде веществ

1.6.2.13.1 Аппаратура, реактивы

Сушильный шкаф.

Насос водоструйный.

Тигли фильтрующие по ГОСТ 25336-82.

Дистиллированная вода по ГОСТ 6709-72.

1.6.2.13.2 Проведение испытаний

Навеску жидкого стекла массой 20 г взвешивают с погрешностью не более 0,01 г в стакане на 500 см3 и растворяют при перемешивании в 300 см3 воды при нагревании. Раствор фильтруют, водоструйным насосом,через фильтрующий тигель, предварительно высушенный до постоянной массы и взвешенный с погрешностью не более 0,0002 г. Нерастворимый остаток на фильтре промывают 50 см3 теплой воды и сушат в сушильном шкафу при 105-110°C до постоянной массы, взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г после охлаждения в эксикаторе.

1.6.2.13.3 Обработка результатов

Массовую долю нерастворимых в воде веществ (X8) определяют по формуле

X8=(m1-m2)*100/m,

где m - масса испытуемой пробы, г; m1 - масса тигля с остатком, г; m2 -масса пустого тигля, г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,05%.

1.7 Анализ существующих технологических схем производства жидкого стекла

Все способы производства растворимого стекла разделяются на сухие и мокрые. Сухие способы основаны на получении силикат-глыбы при высокой температуре с последующим ее охлаждением и растворением. Мокрые способы одностадийные; они основаны на растворении в едких щелочах различных форм кремнезема. В этом случае жидкое стекло получается непосредственно, минуя процесс варки силикат-глыбы. [2]

Из сухих способов производства растворимого стекла наиболее распространены карбонатный и сульфатный. Карбонатный способ основан на взаимодействии при высоких температурах карбонатов натрия и калия с кремнеземом:

Na2CO3 + mSiO2 = Na2O*mSiO2 +CO2,

а сульфатный -- на взаимодействии сульфата натрия с кремнеземом в присутствии угля:

2Na2SO4 + mSiO2 + С = 2Na2O*mSiO2 + 2SO2 + CO2.

Уголь вводят в шихту для восстановления сульфата натрия в сульфит, который полнее реагирует с кремнеземом. Варка силикат-глыбы по сульфатному способу более сложная, чем по карбонатному.

Варят сырьевую шихту в тех же печах, что и обыкновенное стекло. В зависимости от состава шихты температура варки колеблется от 1100 до 1400° С. Куски силикат-глыбы имеют различную окраску в зависимости от содержания оксидов железа (II) и железа (III). Светло- и темно-коричневую, а также совершенно черную окраску дает FeS. Бесцветная силикат-глыба получается при минимальном содержании примесей соединений железа.

Количество примесей в силикат-глыбе не должно превышать 2 %, так как с повышением их содержания растворимость стекла понижается. Примеси попадают в силикат-глыбу вместе с сырьевыми материалами или из печного припаса. Наиболее часто встречаются примеси оксидов железа, алюминия, кальция и магния. В табл.3 приведены физико-химические показатели растворимого силиката натрия, согласно ГОСТ 13079--81.

Силикат-глыба на воздухе быстро карбонизируется. Карбонизация стекла, происходящая на поверхности, не проникает глубоко внутрь и поэтому образовавшуюся карбонатную пленку можно легко удалить струей воды. Силикат-глыба очень чувствительна к резким колебаниям температуры -- рассыпается на мелкие кусочки.

Существуют различные способы растворения силикат-глыбы. Наиболее распространенный из них -- автоклавный.

Получение натриевого жидкого стекла во вращающихся автоклавах

Силикат натрия (силикат-глыба) доставляется в склад по железной дороге в вагонах с нижней выгрузкой (полувагонах) и выгружается в завальные ямы. Из завальных ям силикат- глыба грейферным краном засыпается в штабеля по всей по всей площади склада По мере потребления силикат-глыба из штабеля грейферным краном подается через бункер-воронку в поточно-транспортную систему, состоящую из питателя и ленточного конвейера с железоотделителем, элеватора, и поступает в бункер-весы. На весах отвешивается заданная порция силикат-глыбы, которая реверсивным конвейером подается во вращающийся автоклав. В автоклав подается вода из мерника. По окончании загрузки автоклава закрывают его люк болтами и начинают процесс варки. Для этого в автоклав подают острый пар и включают механизм вращения автоклава. После достижения определенного давления подачу пара прекращают, и далее процесс идет за счет тепла реакции, при этом давление поднимается примерно на 20 %. Для поддержания постоянного давления в процессе растворения силиката натрия в автоклаве производят периодически его подпитку паром. Длительность варки около 2 часов (включая загрузку).

По окончании производят слив раствора жидкого стекла. Для этого прекращают подачу пара, вращение автоклава останавливают в таком положении, чтобы фланец сливного устройства совпал с фланцем сливного коллектора, и жестко соединяют фланцы, затем открывают спускную задвижку на автоклаве. Жидкое стекло передавливается в промежуточную емкость остаточным давлением, имеющимся в автоклаве. Паровоздушная смесь, сопровождающая раствор жидкого стекла, удаляется из емкости в атмосферу через ловушку, где происходит расширение паровоздушной смеси и улавливание брызг. Из ловушки предусмотрен слив в сборник промвод.

Окончание выпуска жидкого стекла определяется по быстрому падению давления в автоклаве (по манометру). Отбирают пробу раствора жидкого стекла и определяют его плотность и силикатный модуль. Из промежуточной емкости жидкое стекло направляют в один из отстойников. В отстойнике происходит отстаивание жидкого стекла от механических примесей в течение суток. По мере накопления шлама производят его выгрузку. Для этого в отстойник подают горячую воду и перемешивают шлам сжатым воздухом. Промытый шлам насосом подают на фильтр- пресс. Фильтрат, представляющий слабый раствор силиката натрия, с фильтр-пресса самотеком стекает в сборник, из которого насосом через теплообменник подается в мерник вместо свежей воды, используемой на растворение силикат-глыбы в автоклаве. По мере накопления шлама на фильтре производят его чистку, шлам через корыто-течку выгружают на машину и вывозят в отвал.

Получение жидкого стекла в стационарных автоклавах по технологической схеме практически ничем не отличается от получения жидкого стекла во вращающихся автоклавах. Различие заключатся в положении автоклавов в пространстве и в принципе их работы. Если в первом случае автоклав вращается, то во втором случае он жестко закреплен на месте, отсюда разное время растворения силиката натрия-при варке на стационарном автоклаве оно составляет около 6 часов, том числе: загрузка-0,5, нагрев-0,5, варка-3,5, разгрузка-0,5, дополнительные операции-1ч.

Кроме более длительного цикла растворения, к недостаткам стационарных автоклавов следует отнести возможность образования значительных нерастворимых остатков, которые требуют систематического удаления.

Вращающийся автоклав обычно изготовляется из котельного железа толщиной 8-12 мм. Наиболее распространенные его размеры: диаметр 2 м и длина 5 м. Основным недостатком растворения силикат-глыбы в стационарных автоклавах является образование так называемого «козла» (нерастворившиеся куски силикат-глыбы, сцементированные отложившиеся на их поверхности коллоидным кремнеземом).

Растворение щелочного силиката можно производить и при нормальном атмосферном давлении, но непременно в виде тонкоизмельченного стеклопорошка при температуре 90--1000С.

Из мокрых способов производства растворимого стекла чаще применяется щелочной. Он основан на растворении различных видов кремнезема в растворах едких щелочей под давлением во вращающихся или стационарных автоклавах-реакторах:

2NaOH + mSiO2 = Na2O*mSiO2 + H2O.

При этом способе жидкое стекло получается непосредственно, минуя процесс варки силикат-глыбы. Наиболее подходящими модификациями кремнезема являются его аморфные разновидности: трепел, диатомит и др. [3] Однако часто используют местные пески. Загрязненность песка глинистыми примесями практически не влияет на получение жидкого стекла, однако они дают осадок, поэтому присутствие их в песке нежелательно. [2]

В твердом состоянии растворимое стекло по свойствам очень близко к оконному. Главное его отличие состоит в способности растворяться в горячей воде с образованием раствора щелочного силиката разной концентрации -- жидкого стекла. Высокомодульные стекла при совершенно одинаковых условиях растворяются труднее, чем низкомодульные. [3]

Для варки жидкого стекла щелочным способом сконструированы два реактора, различные по принципу работы. Автоклав-реактор конструкции В.Т.Новикова и Л.В.Матиаса представляют собой стационарный цилиндр (различной емкости) с мешалкой. Подогрев его электрический, газовый или паровой, давление-до 25 атм. Производительность автоклава составляет 0,5 т жидкого стекла за 2 часа работы. Вращающийся автоклав-реактор системы Г.И. Голованевского представляет собой два коллектора, собранные из 21 трубы длиной 4 м и диаметром 95 мм и соединенные в пространственную систему, которая состоит из центральной оси и приваренных к ней пяти бандажей жесткости. Давление в автоклаве (до 40 атм.) осуществляется за счет электроподогрева. Перемешивание массы достигается вращением автоклава со скоростью 24 об./ мин.

В настоящее время Голованевским Г.И. и Голованевским М.Г. для изготовления жидкого стекла сконструированы автоклавы АР-3 (емкость 0,8 м3) и АР-4 (емкость 3,4 м3). Автоклавы работают под давлением 20 атм. Продолжительность цикла, включая загрузку и выгрузку, составляет 4-5 час. Реактор автоклава АР-4 представляет собой сварную конструкцию из катанных поперечных труб диаметром 95/4 мм. Концы этих труб (патрубков) привариваются к 19 горизонтальным коллекторам (трубы диаметром 168/9 мм), образуя герметизированную трубчатку (реактор). Центральная часть трубчатки располагается в печи, на поле которой уложены электронагревательные элементы-9 шт. Концевые части трубчатки, находящиеся вне печи, изолированы. Энергичное перемещение шихты и равномерность прогрева создаются за счет периодического реверсивного поворота реактора на 1800 и выстаиванием. Автоклав периодически очищают от остатков непрореагировавшего продукта и накипи. [2]

1.8 Технологические факторы, влияющие на качество продукта

Химический состав жидкого стекла, получаемого растворением силикат-глыбы, близок по модульной характеристике исходной силикат-глыбе. Небольшое снижение модуля связано с образованием в ходе растворения кремнеземистых осадков. Примесный состав жидкого стекла также, в основном, определяется концентрацией примесных ионов в исходной силикат-глыбе.

Состав жидкого стекла в технологическом цикле его производства может изменяться целенаправленно с целью изменения модуль, а также при введении в состав стекла специально модифицирующих добавок для улучшения тех или иных технологических характеристик жидкого стекла. В ряде случаев производство связано с необходимостью уменьшения величины силикатного модуля, т.к. выпускаемая продукция чаще всего характеризуется высокими значениями силикатного модуля. Снижение модуля до требуемых значений достигается введением едких щелочей, как в емкости с готовым жидким стеклом, так и непосредственно в автоклав до начала растворения силикат-глыбы (снижение модуля совмещается с варкой). Обратная задача - повышение модуля жидкого стекла, по сравнению с модулем силикат-глыбы - может быть решена лишь в ограниченных пределах за счет небольшого увеличения модуля свыше 3,3 для растворов невысокой плотности при дополнительном растворении в жидком стекле активного кремнезема. Жидкое стекло с модулем 4,0 можно получить дополнительным растворением аэросила.

Одним из приемов создания жидкостекольных связующих заданного уровня свойств является модифицирование жидкого стекла. Производство модифицированного жидкого стекла предусматривает введение в состав стекла добавок-модификаторов на одной из стадий технологического процесса производства жидкого стекла. В зависимости от природы добавки-модификатора и физико-химических процессов взаимодействия такой добавки с щелочным силикатным раствором добавка может вводиться непосредственно в автоклав при растворении силикат-глыбы, в свежеприготовленный раствор при повышенной температуре или в уже готовое жидкое стекло. В последнем случае добавка-модификатор вводится в состав стекла как при его производстве, так и непосредственно у потребителя, перед применением жидкого стекла для тех или иных целей. В качестве модифицирующих добавок используются алюминаты, цинкаты щелочных металлов, органические вещества, такие как мочевина, тиомочевина, полиакриламид и д.р. При введении модификаторов в автоклав в процессе растворения силикат-глыбы необходимо учитывать их сосуществование с реакционной средой при высоких давлениях и температурах (130-160єС) и собственную термическую устойчивость, особенно добавок-модификаторов органической природы.Контроль производства жидкого стекла включает входной контроль химического состава силикат-глыбы и определение характеристик полученного раствора: химического состава, плотности, в отдельных случаях массовой доли нерастворимых в воде веществ (нерастворимого остатка).



1.9 Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения продукта. Гарантии производителя

Правила приемки [4] Жидкое стекло принимают партиями. Партией считают любое количество однородного по своим качественным показателям продукта, оформленное одним документом о качестве, содержащим:

* наименование предприятия-изготовителя, его товарный знак;

* наименование продукта и его вид;

* номер партии;

* дату изготовления;

* массу брутто и нетто;

* результаты проведенных испытаний;

* обозначение настоящего стандарта;

Каждую железнодорожную цистерну считают партией.

В каждой партии жидкого стекла определяют плотность, массовую долю двуокиси кремния и окиси натрия, силикатный модуль. Определение остальных показателей изготовитель проводит периодически по требованию потребителя.

Для проверки качества жидкого стекла на соответствие требованиям настоящего стандарта проводят приемо-сдаточные и периодические испытания, для чего отбирают из разных мест партии 10% бочек, но не менее трех бочек, а от каждой цистерны отбирают объединенную пробу не менее 2 дм3.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей проводят повторные испытания на удвоенной выборке или объединенной пробе, взятых от той же партии.

Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.



Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение [4]

Жидкое стекло разливают в стальные бочки I и II типов по ГОСТ 6247-79 вместимостью 250 дм3 и металлические банки I и II типов вместимостью от 0,5 до 6 дм3 по ГОСТ 6128-81.

Банки с жидким стеклом массой нетто 5 кг и менее упаковывают в деревянные ящики по ГОСТ 2991-85, ГОСТ 13358-84 или фанерные ящики по ГОСТ 5959-80.

По согласованию с потребителем допускается упаковка в деревянные бочки по ГОСТ 8777-80 вместимостью 100-150 дм3 и в железнодорожные и автомобильные цистерны.

Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192-77 с нанесением данных, характеризующих продукцию:

* наименование предприятия-изготовителя, его товарного знака;

* наименование продукта и его вида;

* номера партии;

* даты изготовления;

* массы брутто и нетто;

* обозначения настоящего стандарта.

Жидкое стекло транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида.

По железной дороге жидкое стекло транспортируют наливом в железнодорожных цистернах.

При транспортировании бочки должны быть установлены так, чтобы исключить возможность их перемещения и качения.

Жидкое стекло должно храниться в плотно закрытой таре, в закрытых помещениях.

При транспортировании и хранении жидкого стекла при отрицательной температуре перед применением его температуру доводят до температуры производственного помещения.

При хранении бочки устанавливают только в один ярус.

Гарантии изготовителя

Изготовитель гарантирует соответствие жидкого стекла требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий транспортирования и хранения.

Гарантийный срок хранения жидкого стекла-1 год со дня изготовления. По истечении гарантийного срока хранения продукт перед использованием должен быть проверен на соответствие требованиям настоящего стандарта.



2. РАСЧЕТНО-ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Расчетная функциональная технологическая схема производства продукта

В своей курсовой работе я выбрал производство растворимого стекла мокрым способом, т.к, во-первых, этот способ одностадийный. Во-вторых, он основан на растворении в едких щелочах различных форм кремнезема. В-третьих, данный способ экономичен с точки зрения энергозатрат.

2.2 Расчет производственной шихты

Исходя из выбранной технологической схемы, произвожу расчет материального баланса. Определим процентное содержание каждого из компонентов жидкого стекла. Так же определим сколько необходимо в тоннах каждого компонента для того, чтобы получить 1 тонну жидкого стекла.

2NaOH + 3SiO2 + 8H2O = Na2O*3SiO2*9H2O

ММ1 ММ2 ММ4 ММ3

Y 1т * 0,9 Z A *100%

Подсчитали молярные массы компонентов:

ММ1=80

ММ2=180

ММ3=404

ММ4=144

Высчитываем количество каждого компонента необходимого для получения 1 тонны жидкого стекла. Составляем пропорции:

Y= (MM1*0.9)/MM2 = 400 кг

Z= (Y*MM4)/MM1 = 720 кг

На 1 тонну жидкого стекла необходимо:

NaOH - 400 кг

H2O - 720 кг

SiO2 - 900 кг

Вычислим по процентному содержанию так же, исходя из пропорций:

Y/= (80*100%)/404=19.8% Z/= (100%*144)/404=35.64% X/= (100%*180)/404=44.56%

компоненты	приход	выход
	т	%	т/ч	т	%
Кварцевый песок SiO2	0,9	44,56	5,7	-	-
Щелочь NaOH	0,4	19,8	2,5	-	-
Вода H2O	0,72	35,64	4,5	-	-
Жидкое стекло Na2O*3SiO2*9H2O	-	-	12	1	100

2.3 Расчет производственной программы технологической линии

оборудование	годовая производительность	расчет годового фонда рабочего времени	часовая производительность
	G т/г	потери %	К	кол-во дней/год	кол-во смен/сут.	кол-во ч/см	кол-во ч/год	т/ч	Р	м3/г
		физ.	Физ - хим.
вагон	100000			0,95	365	3	8	8322	12	1,525
бак-хранилище жидкого стекла	100500	0,5		0,95	365	3	8	8322	12,1	1,525	1134
автоклав-реактор	105525	0,5	4,5	0,8	365	3	8	8322	12,7	1,3
бак-смеситель	105525			0,8	365	3	8	8322	12,7	1,3
линия I 19,8% от массы готового продукта
Бункер + дозатор	20894			0,95	365	3	8	8322	2,5	1,3	1,7
бак для щелочи	20998	0,5		0,95	365	3	8	8322	2,5	1,3
Бункер + дозатор	84631			0,95	365	3	8	8322	10,2	1,3	7
вибромельница	85054	0,5		0,95	365	3	8	8322	10,2	1,3
линия II 35,64% от массы готового продукта
Бункер + дозатор	37609			0,95	365	3	8	8322	4,5	1	4,2
бак для воды	37787	0,5		0,95	365	3	8	8322	4,5	1
линия III 44,56% от массы готового продукта
Бункер + дозатор	47022			0,95	365	3	8	8322	5,7	1,5	3,3
склад песка	47257	0,5		0,95	365	3	8	8322	5,7	1,5	520

2.4 Подбор основного механического оборудования [8]

Оборудование, с помощью которого будет вестись производство жидкого стекла, будем подбирать из справочной литературы исходя из необходимой производительности оборудования, а так же учитывая допускаемые размеры. К основному механическому оборудованию относятся вибромельница и смеситель.

Для перемешивания кварцевого песка с водой используют вибромельницу М 200-1.

Производительность: 6-10 т/ч

Мощность: 320 кВт/ч

Линейные размеры: Длина - 4,7 м

Ширина - 2,6 м

Высота - 1,6 м

Для перемешивания компонентов (SiO2 + H2O + NaOH) используют смеситель С - 289 В.

Производительность: 5-6 м3/ч

Мощность: 4,5 кВт/ч

Линейные размеры: Длина - 2,16 м

Ширина - 1,13 м

Высота - 1,217 м

Масса: 0,8 т

2.5 Ориентировочный подбор основного теплотехнического оборудования

К основному теплотехническому оборудованию в моей курсовой работе относится автоклав. Для варки жидкого стекла щелочным способом используем автоклав СМ - 1039

Производительность:

Длина: 27 м

Рабочее давление: 1,2 МПа

Мощность: 10,5 кВт/ч

Линейные размеры: Длина - 29,42 м

Ширина - 4,25 м

Высота - 5,9 м

Масса: 113,5 т

2.6 Расчет удельных энергетических нагрузок и оценка эффективности подобранного механического и теплотехнического оборудования по энергозатратам

оборудование	Кол-во	G т/ч	Км	N кВт*ч
		Gпасп	Gфктич		Nпасп	Nфактич
		i	n		i	n	i	n
Вибромельница М 200-1	1	6	4,1	0,68	320	320	217,6	217,6
Смеситель С-289 В	1	5	3,92	0,78	4,5	4,5	3,51	3,51
Автоклав СМ - 1039	1	6,75	6,63	0,98	10,5	10,5	10,29	10,29



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] http://www.stroinauka.ru/linkslist.asp? Исследование материалов на основе силикатных вяжущих материалов (жидких стекол)

[2] Куатбаев К.К, Пужанов Г.Т. Строительные материалы на жидком стекле. - Изд. «Казахстан»; 1968.

[3] Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.Н. Вяжущие материалы. Учеб.- К.: Высшая школа, 1985.

[4] ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое. Технические условия.

[5] Виноградов Б.Н. Сырьевая база промышленности вяжущих веществ СССР. - М: изд. «Недра», 1971

[8] Сапожников М.Я., Дроздов Н.Е. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов - М: Издательство литературы по строительству, 1970

[9] Под редакцией Горбовца. Строительные машины; том 2 -М: Машиностроение, 1991.

[10] Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло.

Размещено на Allbest.ru