2. Исходные данные
для проектирования
2.1. Характеристика
сырьевых материалов
Исходными материалами
для производства воздушной извести являются
многие разновидности известково-магнезиальных
карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные
известняки, доломиты и др.). Все они относятся
к осадочным породам и широко распространены
на территории нашей страны. В состав известняков
входят углекислый кальций СаС03 и небольшое
количество различных примесей (глина,
кварцевый песок, доломит, пирит, гипс
и др.).
Теоретически карбонат кальция
состоит из 56 % СаО и 44 % С02. Он встречается
в виде двух минералов — кальцита и арагонита.
Для производства воздушной извести применяют
следующие виды известково-магнезиальных
карбонатных пород: зернисто-кристаллический
мраморовидный известняк, плотный кристаллический
известняк, землисто-рыхлый известняк
(или мел), известковый туф, известняк-ракушечник,
оолитовый известняк, доломитизирован-ный
известняк, доломит.
Мрамор по химическому составу
(СаС03 или CaC03+MgC03 — наиболее чистое сырье.
Однако в связи с высокими декоративными
свойствами он используется в качестве
отделочного материала, и поэтому в производстве
извести, за редким исключением, не применяется.
Плотные известняки имеют мелкозернистую
кристаллическую структуру, содержат
обычно небольшое количество примесей
и отличаются высокой прочностью. Их наиболее
широко используют для получения извести.
Средняя плотность
известняков составляет 2400— 2800 кг/м3, мела
— 1400—2400 кг/м3. Это колебание объясняется количеством
содержащихся примесей кварца, доломита
и других минералов. Объемная масса изменяется
в гораздо больших пределах. К молотой негашеной извести
кроме требований к суммарному содержанию
активных CaO и MgO предъявляются ещё и требования
по тонкости помола — остаток на сите
№ 02 должен составлять не более 1%, а на
сите № 008 – не более 15%. Водопотребность
извести велика: на 1м3 известковых растворов
расходуется обычно 300-350 л воды. При применении
молотой извести водопотребность снижается,
а при применении теста или гидратной извести
– увеличивается. Известь отличается
очень высокой пластичностью, что придаёт
хорошую удобоукладываемость бетонам
и растворам, повышая производительность
труда и улучшая качество кладочных и
штукатурных работ. Известковые растворы
на гидратной извести и известковом тесте
схватываются и твердеют очень медленно:
на 28-е сутки их прочность достигает 0,5-1,0
МПа. Растворы на молотой извести схватываются
в течении 15-60 мин и через 28 суток имеют
прочность 2-3 МПа.[4]
В настоящем проекте используется
известняк Слюдянского месторождения.
Его характеристики приведены в таблице
2.1 и 2.2
Таблица 2.1 Химический состав сырья.
Химический состав, % |
| |
|
|
|
|
|
П.п.п |
52,27 |
- |
4 |
1,04 |
0,02 |
2,4 |
84,43 |
Таблица 2.2 Вещественный состав сырья.
[5]
Вещественный состав,% |
Влажность,% |
R,Мпа |
Ca |
Mg |
Глинистые |
|
|
93 |
4,8 |
2,2 |
3 |
180 |
2.2. Режим
работы и производственная программа
Режим работы предприятия
Цех по производству
молотой негашеной извести работает по
прерывной схеме в две смены и продолжительность
смены 8 часов .260 дней в году. Ниже приведена
производственная программа цеха. Исходя,
из годовой производительности 25000т рассчитана
производственная программа, которая
приведена в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Производственная
программа
Выпускаемый продукт |
В год |
В сутки |
В смену |
В час
|
Известь, т |
25000 |
96,15 |
48,08 |
6,01 |
С учетом потери, т |
26250 |
100,958 |
50,48 |
6,31 |
Производственные потери 0,5%.
2.3 Расчет потребности
сырья
Для производства строительной
извести используется плотный известняк,
известняк-ракушечник, известковый туф,
мел, доломит. Карбонатное сырье для производства
строительной извести должно удовлетворять
требованиям ГОСТ21-27-76.
Определение активных CaO+MgO
в воздушной извести при обжиге карбонатных
пород:
A=(CaOи +MgOи)-( ). Где А-количество
активных CaO+MgO.
К=коэффициент пересчета химического
состава сырья на состав извести:
K===1,68
CaOи =K* CaOc =1.68*52.24=87.81
MgOи =K*MgOc=1.68*2.4=4.03
A=(CaOи +MgOи)-( )= 85.54(2 cорт)
Удельный расход сухого карбонатного
сырья (т.т) без учета пылеуноса:
К===1,717
Расход природного карбонатного
сырья с учетом влажности без учета пылеуноса:
Кв=К*(100/100-W)=1.77
Расход сырья с учетом потерь
пылеуносом:
==1,85
Расход карбонатного сырья
на фактическую производительность предприятия:
Р=Кобщ*П=1,85*(100/100-0.5)=1.7
Р-расход карбонатного сырья.
В год=48,56тыс.т
В сутки=177,8т
В смену=88,9т
В час=11,1125т
Таблица 2.4. Потребность сырья
Наименование материала |
Потребность в материалах,т |
Годовая |
Месячная |
Суточная |
Часовая |
Известняк: Сухой, т |
48560 |
4004 |
186,77 |
11,67 |
С естественной влажностью,
т |
50001 |
4168 |
192,34 |
12,02 |
С учетом потерь, т |
50990 |
4250 |
196,11 |
12,25 |
3. Технологическая
часть
3.1Физико-химические
основы процесса производства
Обжиг - основная. технологическая
операция в производстве воздушной извести.
При этом протекает ряд сложных физико-химических
процессов, определяющих качество продукта.
Цель обжига - возможно более полное разложение
(диссоциация) СаСО3 и МgСО3•СаСО3, на СаО,
МgO и СО2 и получение высококачественного
продукта с оптимальной микроструктурой
частичек и их пор.
Если в сырье есть глинистые
и песчаные примеси, то во время обжига
между ними и карбонатами происходят реакции
с образованием силикатов, алюминатов
и, ферритов кальция и магния.
Реакция разложения (декарбонизация)
основного компонента известняка
- углекислого кальция идет по схеме: СаСО3?СаО+СО2.
Теоретически на декарбонизацию 1 моля
СаСО3 (100 г) расходуется 179 кДж или 1790 кДж
на
1 кг СаСО3. В пересчете на 1 кг получаемого
при этом СаО затраты равны
3190 кДж.
При обжиге известняка и других
подобных пород происходит их диссоциация,
то есть процесс разложения твердого вещества
на более простое твердое вещество и газ.
Применительно к кальциту этот процесс
может быть представлен следующим стехиометрическим
уравнением
СО3 « СаО(тв) + СО (газ) (4)
Представленная реакция обратима,
но лишь при определённых условиях протекает
в сторону образования оксида кальция
(СаО) – основной составляющей извести.
Этот химический процесс возможен только
при относительно высоких температурах
обжигаемого материала и давлении углекислого
газа в среде обжига: чем оно ниже, тем
интенсивнее идет процесс диссоциации.
Чтобы процесс разложения протекал с достаточной
скоростью, необходимо, чтобы температура
(называется температурой декарбонизации)
была выше 8800С.
Диссоциация карбонатов начинается
с распада ионов [СО3]2- по схеме:
[СО3]2-®СО2+О2
(5)
Процесс диссоциации углекислого
кальция протекает по топохимическому
механизму.
При обжиге известняка протекают
параллельно или параллельно – последовательно
процессы разрушения кристаллической
решетки СаСО3, разложения
сложных анионов [СО3]2- , образование кристаллической
решетки СаО. Вместе это составляет кристаллохимическую
сторону явления диссоциации углекислого
кальция.
Таким образом, распад карбонат
– ионов является первым, начальным этапом
процесса диссоциации СаСО3.
Вторым, основным этапом, является
превращение гексагональной решетки кальцита
в кубическую решетку оксида кальция с
уменьшением ее объема почти в 2,25 раза.
На рисунке 3.1. представлена кристаллическая
структура оксида кальция.
Рисунок 3.1. Схема кристаллической
структуры (элементарной ячейки) оксида
кальция
для получения частиц пережженной
извести, что значительно ухудшает ее
свойства.[7]
3.2. Выбор
и обоснование технологической схемы
завода. Краткое описание
Обжигают известняк
в различных печах: шахтных, вращающихся
и кипящего слоя;
Наибольшее распространение
получили шахтные известеобжигательные
печи. В зависимости от вида применяемого
топлива и способа его сжигания различают
шахтные печи, работающие:
1) на короткопламенном твердом
топливе, вводимом обычно в
шахту перемежающимися с известняком
слоями, такой способ обжига называют
пересыпным, а сами печи – пересыпными;
2) на любом твердом топливе,
газифицируемом или сжигаемом в
выносных топках;
3) на жидком топливе;
4) на газообразном топливе.
К достоинствам
шахтных печей относится простота конструкции;
сравнительно малые капитальные вложения;
низкие эксплуатационные расходы; высокие
теплотехнические и технико-экономические
показатели
По характеру процессов, протекающих
в шахтной печи, по её высоте различают
три зоны.
В верхней части печи
- зона подогрева – материал подсушивается
и
подогревается раскаленными
дымовыми газами, и из него выгорают органические
примеси.
В средней части печи
располагается зона обжига, где температура
обжигаемого материала изменяется
в пределах 850 - 1200 - 900о С;
здесь известняк разлагается
и из него удаляется углекислый газ. В
зоне
охлаждения – нижней части
печи – известь охлаждается с 900 до 50 –
100о
С поступающим с низу воздухом,
который в свою очередь нагревается и
попадает в зону обжига для поддержания
горения.
Противоточное движение обжигаемого
материала и горячих газов в шахтной печи
позволяет хорошо использовать тепло
отходящих газов на подогрев
сырья, а тепло обожженного
материала – на подогрев воздуха, переходящего
в зону обжига.
Поэтому пересыпные шахтные
печи экономичны по расходу топлива, однако
известь в них загрязняется
золой топлива. Обжиг на природном газе
или жидком
топливе позволяет значительно
улучшить качество извести, однако конструкции
шахтных печей, использующих эти виды
топлива, требуют усовершенствования,
особенно в отношении подачи топлива в
печь.
Обжиг известняка
во вращающихся печах
К недостаткам
вращающихся печей относятся: большой
удельный расход топлива; значительный
унос из печи и из холодильника
пыли, для улавливания которой
требуется большой объем пылеотстойных
камер; загрязнение извести золой при
применении пылевидного топлива; образование
вследствие присадки золы спекшейся пленки,
затрудняющей гашение известия; большой
процент пережога извести при применении
жидкого топлива.
Обжиг известняка
в кипящем слое
Практика показала, что
такой обжиг может давать полную декарбонизацию
известняка при температурах, близких
к расчетным. Оптимальная температура
обжига реактора — 900—1000°. Этот способ
позволяет получать известь мягкого обжига
и однородного качества. Расход топлива
в такой установке составляет 1200 ккал
на 1 кг и почти равен расходу топлива в
мощных шахтных печах. Такие печи производят до 120
тонн извести в сутки.
Поэтому, в настоящем
проекте используем шахтную печь
на газообразном топливе[6]
Рис 3.1 Технологическая схема
производства извести
3.3 Описание
схемы
Производство
извести состоит из следующих основных
операций: добычи и подготовки сырья, приготовления
сырьевой смеси, обжига, тонкого помола,
хранения и транспортировки.
Добыча
сырья
Известняки добывают
обычно открытым способом в карьерах
после удаления верхних покрывающих непродуктивных
слоев. Плотные известково-магнезиальные
породы взрывают. Для этого вначале с помощью
станков ударно-вращательного (при
твердых породах) или вращательного бурения
( при породах средней прочности) бурят
скважины диаметром 105-150 мм, глубиной 5-8
м и более на расстояние 3,5-4,5 м одна от
другой. В них закладывают надлежащее
количество взрывчатого вещества (игданита,
аммонита) в зависимости от прочности
породы, мощности пласта и требуемых габаритов
камня.
В зависимости
от расстояния между карьером и заводом
известняк доставляют на завод ленточным
конвейерами, автосамосвалами, железнодорожными
и водным транспортом.[8]