Технологическая часть

3.1. Физико-химические основы производства:

Гипсовое вяжущее β модификации полуводного гипса по традиции называют строительным гипсом.

При обжиге протекает эндотермическая реакция CaSO4 - 2H2O = CaSO4 -0,5H2OH - l,5H2O с поглощением 588 кДж теплоты на 1 кг полугидрата.

При тепловой обработке гипсовых пород различных месторождений в заводских условиях можно получать продукты, значительно различающиеся по содержанию отдельных модификаций. Это обусловливается неоднородностью исходного сырья, условиями тепловой обработки и, в частности, скоростью и длительностью нагревания, а также близостью и даже совпадением многих свойств α- и β-модификаций полугидратов, обезвоженных полугидратов и растворимых ангидритов. Характерно, например, что α- и β-модификации сульфата кальция, в ряде случаев могут быть получены одновременно при тепловой обработке двуводного гипса в одном, и том же аппарате и даже в одном куске материала.

Улучшению качества полу водного гипса способствует некоторое увеличение продолжительности тепловой обработки, так как создаются более благоприятные условия для дегидратации гипса и получения продукта с пониженной водопотребностью.

Интенсивное выделение воды из двуводного гипса в виде пара приводит к образованию частичек полугидрата с рыхлой губчатой структурой, характеризующейся большой внутренней поверхностью. Это обусловливает повышенную реакционную способность материала. Такая структура характерна для β-полугидрата, отличающегося повышенной водопотребностью при затворении водой в тесто нормальной густоты. Наоборот, при дегидратации двуводного гипса в среде насыщенного пара (особенно под давлением выше атмосферного), а также при его тепловой обработке в водных растворах солей при температуре около 110°С и выше полуводный гипс получается в виде крупных хорошо оформленных плотных кристаллов α-модификации, характеризующихся пониженной водопотребностью.

Таким образом, регулируя процессы тепловой обработки, можно получать вяжущие с заданными свойствами. [2]

3.2. Выбор и обоснование технологической схемы завода. Краткое описание

Производство строительного гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня

Имеется несколько технологических схем производства строительного гипса; по одним — предварительная сушка и помол сырья в порошок предшествует обжигу, по другим — помол производится после обжига, а по третьим помол и обжиг совмещаются в одном аппарате. Последний способ получил название обжига во взвешенном состоянии.

Тепловую обработку гипсового камня можно осуществлять в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах. Выбор того или иного обжигательного аппарата зависит от масштабов производства, сырья, требуемого качества готовой продукции и ряда других факторов. Наиболее распространена технологическая схема с применением варочных котлов.

В данном проекте мы выбираем шахтную мельницу, поскольку только она позволяет нам объединить две стадии производства гипсовых вяжущих – это измельчение и обжиг.

Схему производства гипсовых вяжущих с применением шахтной мельнице можно увидеть на рисунке 1.

Рис. 1

3.3. Описание схемы:

Заводы по производству гипсовых вяжущих (строительного гипса) принято размещать как вблизи месторождений гипсового сырья, так и на значительных расстояниях от них, что в каждом отдельном случае определяют на основе технико-экономических данных с учетом местных условий.

Производство строительного гипса из плотной гипсовой породы состоит из трех главных операций: дробления гипсового камня, помола и обжига материала. Основные способы производства строительного гипса, применяемые в настоящее время, можно разделить на следующие три группы, характеризующиеся: предварительной сушкой и измельчением сырья в порошок с последующей дегидратацией гипса (обжиг гипса в гипсоварочных котлах); совмещением операций сушки, помола и обжига двуводного гипса; обжигом гипса в виде кусков различных размеров в шахтных, вращающихся, камерных и других печах. Полугидрат в порошок измельчают после обжига.

Дробление

Тонкое измельчение гипсового щебня осуществляют в шахтных мельницах. При выборе мельниц для измельчения двуводного гипса следует учитывать необходимость получения порошка, частицы которого имели бы кубическую форму, а не лещадную. Этого в значительной степени удается достичь в дробилках и мельницах, измельчающих материал ударным воздействием. При кубической форме обеспечивается наиболее быстрое и равномерное удаление гидратной воды из кристаллов гипса.

Помол, совмещенный с сушкой

Помол влажного двуводного гипса затруднителен, поэтому на современных заводах эту операцию совмещают обычно с сушкой гипса. Шахтная мельница состоит из камеры измельчения, вала, ротора с билами и шахты высотой 12 – 15 м. Била шарнирно соединяются с билодержателями, которые, в свою очередь, шарнирно крепятся к диску ротора. Гипсовый камень в виде щебня размером до 3 – 4 см подается тарельчатым питателем через течку в верхнюю часть камеры измельчения на быстро вращающиеся била. Для повышения износоустойчивости била наплавляют твердыми сплавами слоем толщиной 5 – 8 мм.

Для подсушки гипса из топок варочных котлов через патрубки 2 и боковые каналы 1 в мельницу подают горячие газы с температурой 300 – 400 °С. В этой мельнице из гипса удаляется и некоторая часть кристаллизационной воды. Поток газов увлекает измельченный и подсушенный материал из камеры измельчения вверх шахты. Отсюда тонкие частицы вместе с газами поступают в пылеосадительные устройства, а грубые выпадают из потока и возвращаются в мельницу. Обычно в 1 м³ газов содержится около 1 кг гипсовой пыли. Изменяя скорость потока тазов в шахте с помощью вентилятора высокого давления, устанавливаемого обычно за циклонами, можно регулировать тонкость помола гипса. Чем больше скорость потока, тем грубее помол, и наоборот. Смесь дымовых газов с воздухом проходит через шахту и пылеосадительные устройства под действием разрежения, создаваемого вентилятором, и частично в результате вращения ротора самой мельницы. В зависимости от желаемой тонкости помола гипса скорость движения газов в шахте поддерживается в пределах 3,5—6 м/с.

Производительность шахтных мельниц от 3 до 25 т/ч. Расход электроэнергии при измельчении в них двуводного гипса до остатка около 10 % на сите № 02 достигает 8—10 кВт – ч/т без учета расхода энергии на приведение в движение вентиляторов и питателей.

После выхода из мельниц газопылевую смесь направляют в систему пылеочистительных устройств, в которых из газового потока осаждается гипсовый порошок. От эффективности работы пылеосадительных устройств в значительной мере зависят санитарные условия на заводе и на прилегающей к нему территории, а также производственные потери. Поэтому на современных гипсовых заводах устанавливаются многоступенчатые системы очистки. На первой ступени улавливаются крупные частицы, на второй осаждаются тонкие фракции и, наконец, на последней ступени газы очищаются от мельчайших частиц.

Тепловая обработка при атмосферном давлении. Обжигают гипс в котле следующим образом. После прогрева котла включают мешалку и начинают постепенно загружать его гипсовым порошком. Продолжительность процесса варки зависит от размеров котла, температуры, степени влажности и частичной дегидратации поступающего в него гипса. Обычно продолжительность варки колеблется от 1 до 3 ч, при этом в первые 120— 30 мин гипс нагревается от температуры 60—70 °С, которую он имел при загрузке в варочный котел, до температуры начала интенсивной его дегидратации, т.е. до 130—150 °С. Далее температура материала почти не меняется вследствие интенсивного выделения и испарения кристаллизационной (гидратной) воды. В это время наблюдается как бы «кипение» гипсового порошка. После окончания дегидратации гипса начинается дальнейший подъем температуры и по мере прекращения парообразования гипс оседает.

Нагревание материала с подъемом температуры до 170—200 °С может привести к обезвоживанию (5-полу-водного гипса до растворимого ангидрита и к ухудшению его качества. Выдержка гипса во время варки в течение 3—4 ч при 140—150 °С способствует уменьшению водопотребности продукта и повышению его прочности. Гипс в варочных котлах непосредственно не соприкасается с топочными газами. Кроме того, в процессе варки он интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого качества. Расход условного топлива при изготовлении строительного гипса в варочных котлах 40—45 кг, электроэнергии — 20—25 кВт – ч на 1 т продукта.

Томление

Полученный полуводный гипс из котла через люк 9 с шибером 8 выпускают в бункер выдерживания гипса, называемый иногда камерой томления. Здесь в процессе охлаждения качество гипса улучшается. Некоторое количество двуводного гипса, оставшегося в полугидрате, постепенно за счет физической теплоты, содержащейся в выгружаемом материале, переходит в полуводный, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются и также превращаются в полугидрат. Длительное вылеживание полугидрата на складе также влияет на его строительные свойства, в частности при этом уменьшается водопотребность. Из бункера выдерживания после охлаждения гипс подают на склад готовой продукции.

Вторичный помол

Для улучшения качества готовой продукции на отдельных заводах после обжига в варочных котлах гипс подвергают вторичному помолу в шаровых мельницах. При этом обнажающиеся при помоле необезвоженные ядра частиц гипса под влиянием теплоты, выделяющейся от трения и ударов шаров, дегидратируются, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидрати-руются выделяющимися водяными парами и переходят в полуводный гипс. Кроме того, полагают, что частицы при вторичном помоле приобретают таблитчатую форму, обеспечивающую повышение пластичности теста и раствора из такого материала. [7]

3.4. Выбор и расчет оборудования:

В данном проекте для производства гипса выбрана шахтная мельница марки МСМ-1000. Характеристики этой мельницы представлены в таблице 3.1.

К достоинствам шахтной мельницы следует отнести получение измельчаемого продукта, который на выходе достигает 95% и высокую производительность за счет непрерывного процесса производства. Так же шахтная мельница сочетает в себе дробление и обжиг гипсового камня, что, несомненно, является ее достоинством. Однако недостатком мельницы является быстрый износ бил, особенно крайних рядов, перегруженных при загрузке гипсового камня. Истирание бил приводит к уменьшению диаметра ротора и снижению производительности измельчителя. [8]

Необходимое количество машин и другого оборудования определяют по формуле:

N = = = 0, 81

где – требуемая годовая производительность по данному переделу; – годовая или часовая производительность машин выбранного размера; – нормативный коэффициент использования оборудования по времени.

Исходя из расчетов, можно сделать вывод, что для производства 54, 88 т. гипсового вяжущего в сутки необходима одна шахтная мельница.

Таблица 3.1 – Характеристики шахтной мельницы марки МСМ-1000