Цех по выпуску блоков из полистиролбетона производительностью 20 тыс. м3/год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Развивающееся современное строительство, как индивидуальное, так и коммерческое, нуждается в таких строительных материалах, использование которых позволит в кратчайшие сроки возводить экономичные, теплые, экологически чистые и пожаро-безопасные здания.

Особое значение в современном строительстве, ввиду постоянного роста цен на энергоносители, уделяется вопросам теплоэнергоресурсосбережения.

Использование при возведении ограждающих конструкций материалов, сочетающих в себе как конструкционные, так и теплоизоляционные свойства -- один из перспективных и экономически выгодных способов решения данной задачи. В число таких материалов четко вписывается достаточно новый, но уже отлично себя зарекомендовавший в строительном мире теплоэффективный материал -- полистиролбетон [1].

Полистиролбетон известен не менее 20 лет на Казахстанском рынке, а на западном - более 40 лет. В 2004 году российские исследователи: Прошин А.П., Береговой В.А., Болтышева Т.А на базе Пензенского государственного университета архитектуры и строительства изобрели один из возможных разновидностей состава для изготовления полистиролбетонной смеси. Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности пенополистиролбетонных изделий с повышенными теплоизоляционными свойствами и улучшенными конструкционными характеристиками.

Данный курсовой проект по дисциплине «Теплоизоляционные и акустические материалы» разработан на тему «Цех по выпуску блоков из полистиролбетона производительностью 20 тыс. мі/год».

Основные задачи курсового проекта:

- определить номенклатуру полистиролбетона, изучить его свойства, определить рациональные условия их эксплуатации;

- обосновать выбор исходных материалов и привести характеристику их состава, состояния, свойств;

- глубоко изучить технологию получения блоков из полистиролбетона, обосновать выбор способа и технологической схемы, детально описать процесс изготовления данного изделия;

- выполнить технологические расчеты;

- освоить методику расчета материального баланса производства, составить и проанализировать схему материальных потоков;

- произвести выбор и расчет количества основного оборудования.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки, технологической схемы производства и эскиза изделия.

1. Номенклатура выпускаемой продукции

Полистиролбетон - это разновидность легких бетонов, имеющий ячеисто-зернистую структуру (комбинированную). Состоит из вяжущего компонента (портландцемент, шлакопортландцемент или гипс) и заполнителя (полистирол вспененный гранулированный), а также воды и химических добавок (воздухововлекающих, пластифицирующих, ускорителей и т.д.). Ограждающие конструкции, наружные стены, построенные из полистиролбетонных блоков, вообще не требуют утепления.

Полистиролбетон применяют для изготовления теплоизоляционных блоков, облицовочно-утеплительные панели, теплоизоляционные плиты, так же отходы данного производства применяются как теплоизоляционная засыпка.

Номенклатура изделий из полистиролбетона, выбранных для данного курсового проекта, представлена в таблице 1.1

Таблица 1.1 Номенклатура изделий из полистиролбетона

Наименование (типоразмер) изделий	Эскиз изделия	Размеры, мм	Структура изделия	Плотность изделия, кг/мі	Предел прочности при сжатии, МПа	Основные строительно-технические свойства
		длина l	ширина а	высота в
Стеновой блок марки D 200		600	300	200	Пи=90 По=30 Пз=70, Дпор=3мм	200	0,73	Коэффициент теплопровод-ности 0,085; Марка по морозостойкости F50

Для курсового проекта выбраны стеновые блоки из полистиролбетона марки D 300 так как полистирол бетон подразделяют на две категории: - теплоизоляционные, с плотностью D 150 - D 350; - конструкционные, с плотностью D 350 - D 500.

Так же важной особенностью выбранных блоков является низкая плотность готовой продукции, что облегчает строительные работы из данного материала, а оптимальные размеры блоков позволяют использовать данную продукцию в различных сферах строительства.

Отличительные характеристики полистиролбетонных блоков:

- Простота и скорость монтажа. Крепление блоков к фундаменту осуществляется с помощью клеевого состава, который наносится «маячковым» методом только для фиксации блоков в вертикальном положении до момента засыпки их грунтом;

- Низкое водопоглощение (не более 4% от массы, за счёт закрытой ячеистой структуры материала), не требующее дополнительной гидроизоляции;

- Высокое термосопротивление материала (коэффициент теплопроводности 0,085 Вт/м°С);

Ещё одной отличительной чертой полистиролбетона является ячеисто-зернистая структура. Она представляет собой поры, имеющие форму ячейки. Характеризуется наличием поризованных зёрен, кроме того поры образуются в массе зернистого материала в виде межзерновой пустотности (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Структура полистиролбетона

С одной стороны, полистиролбетонные блоки при небольших затратах надёжно защищают гидроизоляционную мембрану от механических повреждений и создают для неё положительный температурный режим, что, в свою очередь, существенно увеличивает срок её эксплуатации, а с другой - сохраняют в подземных помещениях необходимый температурный режим.

Полистиролбетонные блоки - это уникальный материал, сам по себе являющийся эффективным теплоизолятором. Конструкции наружных стен, выполненные из ПБ блоков, вообще не требуют утепления.

Преимущества блоков из полистиролбетона:

- экономия полезной площади помещения за счет минимальной толщины наружных стен

- снижение расходов на энергоносители (в 3 и более раз);

- не требуется дополнительное утепление и устройство пароизоляции;

- низкий расход вяжущих за счет улучшенной геометрии изделий (не более 25 кг клея на 1 м³ кладки блоков, толщина шва 1,5 -2,5 мм);

- снижение нагрузки на фундамент, что позволяет вести строительство в сложных инженерно-геологических условиях;

- снижение стоимости 1 м² стены относительно других технических решений с аналогичным значением сопротивления теплопередаче (например, относительно варианта с ячеистым бетоном - минимум на 20%);

- материал обладает паропроницаемостью и теплопроводностью, сопоставимыми со значениями для дерева, т.е. «дышит»;

- отличное звукопоглощение (10 см поглощают 36 дБ);

- сохраняет тепло зимой и прохладу летом (зимой дом с выключенными отоплением за сутки остывает в среднем на 1°С);

- возможность проведения кладки в зимний период (благодаря использованию клея с антиморозной добавкой);

- при возведении стен не требуется применение грузоподъемных механизмов и спецтехники;

- прост и легок в механической обработке (пилится ножовкой по дереву, легко штробится);

- высокая производительность работ (1 каменщик за 8 часов возводит в среднем 35 м² стены);

- отсутствие трещин в процессе эксплуатации благодаря высокой прочности на изгиб и морозостойкости, превышающей 100 циклов;

- в отличие от дерева и пенопласта не привлекает грызунов;

- в материале исключены образование и рост плесневого грибка.

В зависимости от целей ремонта или строительных работ, панели являются более надежным видом отделки, обладают высоким уровнем теплоизоляции и способны прослужить долгое время за счёт образующих химических свойств ПСБ. Отделка панелями придает зданию завершенный вид и с помощью этого материала выполнять работы легко, так как они не требует проведения специальной подготовки стен под монтаж.

2. Технологическая часть

2.1 Обоснование выбора и характеристика сырьевых материалов и полуфабрикатов

Сырьё - основа любой технологии. Сырьём для производства полистиролбетона служат:

- лёгкий заполнитель; - портландцемент; - добавка (необязательный компонент, при необходимости); - вода;

В качестве легкого заполнителя используется вспененный полистирол. Вспененный полистирол получают при помощи специальной машины - предвспенивателя. В качестве сырья для этого технологического процесса используются гранулы ПСВ. ПСВ - полистирол самозатухающий вспенивающийся. Гранулы ПСВ представляют из себя бисер диаметром около 1 мм. После вспенивания гранулы многократно увеличиваются в размерах, могут быть вспенены до 50% от собственной плотности. Получается полистирол вспененный.

Вспененный полистирол обладает следующими характеристиками:

- плотность - 15 кг/мі;

- пористость - 97-98%;

- теплопроводность - 0,027-0,040 Вт/(м°С);

- влажность 1-3%;

- размер 2-8 мм;

- обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до -40°C);

- химическая стойкость;

- огнестойкость;

- гигроскопичность;

Немаловажным фактом в получении замечательных характеристик полистиролбетона является правильный выбор вяжущего вещества. В качестве вяжущего вещества при производстве полистиролбетонов используется обычный портландцемент.

Как правило, используются цементы марок М500Д0, М500Д20, М400Д0 и М400Д20. В данном курсовом проекте применяет портландцемент марки ПЦ400Д20. Фазовый состав выбранного портландцемента:

C3S = 4,07 (СаО) - 7,6 (SiО2) - 6,72 (А12О3) - 1,43 (Fe2О3) - 2,85 (SО3); C2S = 2,87 (SiО2) -- 0,754 (3CaO.SiО2); C3A - 2,65 (A12О3) - 1,69 (Fe2О3); C4AF - 3,04 (Fe2О3).

Методика повышения вяжущих свойств цемента, прежде всего, связана с увеличением его удельной поверхности и оптимизации гранулометрического состава. С увеличением удельной поверхности цемента увеличивается его активность, а, следовательно, увеличиваются прочностные характеристики бетонных изделий, конструкций, особенно впервые сутки твердения.

Таким образом, повышение активности цемента позволит не только снизить расход цемента без отрицательных последствий для качества готовых изделий, но и сократить сроки выдержки изделий в формах, что наиболее актуально в технологии производства полистиролбетонных блоков. Насыпная плотность цемента составляет 1300 кг/мі, истинная 3100 - 3200 кг/мі.

Так же портландцемент характеризуются физико-механическими свойствами. (Таблица 2.1).

Таблица 2.1 Физико-механические свойства портландцемента

Наименование материала	Плотность, кг,мі	Влажность, %	Марка
Портландцемент	2900-3200	1-2	ПЦ400Д20

В качестве добавки в составе сырьевой смеси используется смола древесная омыленная (СДО). Применяется в качестве комплексной (пластифицирующей, воздухововлекающей, морозостойкой и антисептической) добавки для приготовления бетонов различного назначения (легкого, тяжелого, гидробетона, пенополистиролбетона, пенобетона, полистиролбетона и других).

Добавка смола древесная омыленная СДО, вводится в бетонную смесь в количестве 0,1...0,2% от массы цемента. Применяется в целях:

- экономии портландцемента на 5-7%; - снижения плотности бетона на 100-150 кг/м³; - улучшения удобоукладываемости бетонной смеси; - сокращения продолжительности формования изделий; - улучшения тепло- и звукоизоляционных свойств бетона; - повышения морозостойкости; - повышения биостойкости; - повышения долговечности бетонных изделий.

Смола СДО, обладая способностью к воздухововлечению, снижает поверхностное натяжение воды и этим способствует образованию очень мелких воздушных пузырьков -- сфероидов. При этом преимущество СДО заключается не столько во введении воздуха в цементную смесь, сколько в преобразовании неравномерно распределенных в ней крупных воздушных включений (которые снижают прочность и морозостойкость) в мириады мелких воздушных пузырьков сферической формы. Размер этих пузырьков менее 1 мкм, в отличии от ряда других пенообразователей, где размер этих пузырьков достигает 5 мкм и более. Ряд экспертов позиционируют СДО как порообразователь.

Расходы добавки СДО для обеспечения объема вовлеченного в смесь воздуха от 5 до 15 составляет от 0,1 до 0,3 от веса цемента в зависимости от вида применяемого крупного и мелкого заполнителей и типа смесителя.

Смола древесная омыленная получена путём омыления частично конденсированной (термообработанной) древесной смолы щелочью.

Еще одним важным компонентом для производства полистиролбетонной смеси является вода. Вода добавляется в смесь для гидратации цемента. Поскольку минимальное количество воды необходимое для гидратации слишком мало, чтобы обеспечить достаточную обрабатываемость, дополнительная вода необходима, чтобы “пластифицировать” смесь и сделать возможными её обработку и укладку на месте.

2.2 Состав сырьевой массы

Каждый сырьевой компонент играет важную роль в составе сырьевой смеси. Вспененные гранулы полистирола обеспечивают важные теплоизоляционные свойства, которые являются основополагающими для полистиролбетона. Гранулы полистирола имеют сравнительно низкую плотность и высокую пористость, что обеспечивает низкие весовые показатели и теплоизоляционные свойства готовой продукции [2].

Так же не маловажным компонентом сырьевой смеси является портландцемент в качестве связующего. Портландцемент своими прочностными показателями обеспечивает надёжный каркас готовой продукции и повышает показатели на морозостойкость и водопоглощение.

Третьим компонентом, выбранным для данного курсового проекта, является смола древесная омыленная. Ввод в сырьевую смесь СДО обеспечивает повышение биостойкости, удобоукладываемости, снижение плотности бетона, сокращает продолжительность формования изделий тем самым, повышая производительность.

В курсовом проекте количественный состав сырьевой смеси (таблица 2.2) применяется по рецептуре одного из лучших заводов по производству стройматериалов в Екатеринбурге и в Свердловской области - ООО "Завод полистиролбетон". Данное предприятие специализируется по выпуску полистиролбетона с 2001 года, известно среди производителей строительных материалов отменным качеством и широким спектром предлагаемой продукции.

Таблица 2.2 Состав сырьевой смеси для получения полистиролбетона

Наименование компонентов	Расход компонентов на получение 1мі изделия	Содержание компонентов в смеси, %
		с учетом жидкого компонента (воды)	Без учёта жидкого компонента (в абстрактно сухом состоянии)
Вспененные гранулы полистирола (кг)	15	7,5	8,5
Портландцемент (кг)	160,3	80,15	91,0
Смола древесная омыленная (кг)	0,7	0,35	0,5
Вода (л)	124	12	-

2.3 Обоснование выбора способа производства

На сегодняшний день основным способом производства стеновых камней (блоков) из полистиролбетона является литьё в металлические формы. Данный способ представлен не трудоёмкостью технологических процессов, возможностью комплексной механизации и автоматизации производства, санитарно-гигиенические и безопасные условия труда. Такой способ производства блоков из полистиролбетона предусматривает высокое качество изделий, получаемое за счёт подбора исходных компонентов.

Основной характерной особенностью данного производства является сравнительно не дорогая стоимость технологических процессов. Это обусловлено не трудоёмкостью самих процессов и высокой производительностью современного оборудования.

Так же немаловажной особенностью данного способа производства полистиролбетона является безопасность по отношению к окружающей среде. При производстве блоков не выделяется токсичных веществ, загрязняющих окружающую среду.

2.4 Обоснование выбора технологической схемы

В выборе технологической схемы производства играют важную роль такие показатели как особенность используемого сырья, поточность и непрерывность производства, компактность, сокращение количества оборудования, снижение производственных потерь, высокое качество продукции, улучшение условий труда, эффективность обеспылевания.

Для данного производства в технологической схеме возможно использование в качестве заполнителя либо бисерных гранул полистирола, что предполагает в последующем их предвспенивание в определённом технологическом переделе, либо использование пенополистирольных гранул (предвспененых), что облегчает технологический процесс. В курсовом проекте предусмотрено использование бисерных гранул с последующим предвспениванием, что позволяет контролировать на производстве температуру, продолжительность и интенсивность вспенивания тем самым, обеспечивая в последующем необходимые показатели заполнителю.

В данном курсовом проекте по производству полистиролбетона необходимыми технологическими операциями является:

- доставка сырьевых компонентов на склады;

- вспенивание гранул полистирола;

- сушка гранул ПСВ;

- дозирование сырьевых материалов в бетоносмеситель;

- перемешивание всех компонентов;

- формование;

- сушка полуфабриката;

- распалубка;

- доставка на склад готовой продукции.

Особенностью и главным преимуществом представленной технологической схемы является упрощение некоторых технологических процессов. Например, в связи с особенностями выбранных сырьевых материалов не предусматривается такие технологические операции как добыча, дробление, помол, а осуществляется закупка данных компонентов. Это значительно сказывается на энергосбережении, снижении трудоёмкости процесса производства и обеспечивает снижение времени на процесс выпуска готовой продукции.

Стадии выбранной технологической схемы производства обеспечивают высокое качество выпускаемых изделий, которыми являются блоки из полистиролбетона. За счёт исключения некоторых стадий производства, которые не являются уместными в данном процессе, значительно возрастает производительность продукции и снижается расход топлива, затраченного на производство.

Данная технологическая линия отличается непрерывностью производства и сравнительной компактностью. В связи с использованием нового высокотехнологического оборудования, выбранная технология обеспечивает безопасные условия труда.

2.5 Технологическая схема

Первым этапом технологической схемы по производству полистиролбетона является доставка компонентов на склад сырьевых материалов. Бисер полистирола поступает на склад самосвальной машиной в фасовочных пакетах. Доставка портландцемента на склад осуществляется навалом самосвальной машиной. Добавка СДО поставляется на склад в цистернах т.к. производится в жидком виде.

Последующим этапом технологической схемы является вспенивание бисерных гранул полистирола. Вспенивание гранул осуществляется методом тепловой обработки насыщенным водяным паром и выполняется в две стадии. Первичное вспенивание, далее выдержка 4-12 часов и вторичного вспенивания. Установка состоит из загрузочного бункера для сырья, вертикально установленной на раме тепловой камеры, снабженной лопастным ворошителем, шнекового питателя для подачи сырья в камеру, приводов ворошителя и питателя, разгрузочного окна и пульта управления.

Для вспенивания гранул в данном курсовом проекте применяется установка ПНД-1000 (рисунок 2). Установка эксплуатируется на объектах, обеспеченных электроэнергией и водой. Вода необходима для работы парогенератора (если не предусмотрена система централизованного пароснабжения).

Принцип работы установки: исходное сырье из расходного бункера посредством шнекового питателя подается в тепловую камеру предвспенивателя. Под воздействием водяного пара, полистирольные гранулы размягчаются и начинают вспениваться. Гранулы увеличиваются в объеме, при этом вытесняются невспененными гранулами в направлении разгрузочного окна. Лопасти ворошителя перемешивают вспененные гранулы, препятствуя слипанию и способствуя равномерному перемещению материала к разгрузочному окну установки. Вторичное предвспенивание гранул полистирола осуществляется таким же способом, как и первичное вспенивание.

Рисунок 2 - Установка ПНД-1000

Результатом вспенивания является увеличение гранул в размере, гранулы могут быть вспенены до 50% от собственной плотности.

Вспененные полистирольные гранулы содержат до 10-15% влажности, к тому же внутри гранул создается разрежение вследствие конденсации водяного пара. Это может привести к деформации (сжатию) вспененных полистирольных гранул, сжатие гранул резко снижает объем материала и приводит к значительному увеличению насыпной плотности. Поэтому вспененные полистирольные гранулы необходимо просушить для стабилизации внутреннего давления и упрочнения наружных стенок гранул. Применение пневмодинамических сушек-транспортеров (рисунок 3) вспененного полистирола позволяет быстро и эффективно снизить остаточную влажность материала до 6-3%, одновременно перемещая материал в бункеры вылеживания. Вспененные полистирольные гранулы находятся в бункере вылеживания около 4-12 часов.

Корпус сушильной установки имеет поворотные заслонки для регулировки направления потока нагретого воздуха. В камеру тепловой обработки непрерывно подаётся воздух, подогретый до 40-50єС. Предварительно вспененные гранулы попадают через загрузочный люк корпуса сушильной установки внутрь, где подвергаются воздействию воздушно-тепловой обработки, что приводит к стабилизации внутреннего давления и упрочнения наружных стенок гранул.

Вспененные гранулы, попадающие в сушильную установку должны находиться в непрерывном движении в сторону всасывающего вентилятора пневмотранспорта. Путем поворота заслонок корпуса сушильной установки необходимо отрегулировать поток нагретого воздуха таким образом, чтобы гранулы не скапливались и не застаивались на одном месте.

Затем гранулы попадают внутрь всасывающего вентилятора, откуда при помощи воздушного потока транспортируются в систему пневмотранспорта.

После сушки вспененные гранулы полистирола пневмотранспортом поступают в бункер вылёживания.

Пневмотранспорт представляет собой систему, состоящую из воздуховодов, радиальных вентиляторов низкого давления и поворотных заслонок с ручным, либо пневматическим приводом (рисунок 4). Управление работой системы пневмотранспорта осуществляется с отдельного блока управления. Система пневмотранспорта предназначена для транспортирования вспененных гранул полистирола объемной плотностью от 6 до 50 кг/м³ посредством воздушного потока между бункерами вылеживания и технологическими участками производства. Воздуховод системы изготавливается из оцинкованной стали и может быть любой конфигурации в зависимости от размеров и формы производственного помещения. Конструкция поворотных заслонок представляет собой цилиндрический барабан из тонкой листовой стали с двумя фланцами по торцам для присоединения. На корпусе в осях закреплена поворотная лопатка. Количество и мощность вентиляторов зависит от протяженности воздуховодов и производительности системы [3].

Бункера вылеживания и промежуточный бункер представляют собой металлический каркас с закреплённым внутри него мешком из воздухопроницаемой ткани. Бункера вылеживания предназначены для высушивания и стабилизации давления в гранулах полистирола после процесса вспенивания, а также для промежуточного хранения гранул. Бункера вылеживания соединяются между собой и с технологическими участками системой пневмотранспорта. Необходимое количество бункеров вылеживания и их суммарный объем определяются требуемым объёмом производства. Габаритные размеры и объем бункеров могут быть различными, в зависимости от характеристик производственного помещения и объема производства. Для контроля уровня гранул полистирола в бункере вылеживания возможна установка датчиков, либо смотрового окна для визуального контроля. Промежуточный бункер предназначен для подачи на вторичное вспенивание полистирольных гранул после первичного вспенивания и вылеживания.

Дальнейшим оборудованием в технологической схеме является объемный дозатор (рисунок 5). Дозатор представляет собой бункер из оцинкованной стали, снабженный датчиком объема и затвором с пневмоприводом. Вспененный полистирол подается в бункер вентилятором пневмотранспорта через горловину, расположенную в верхней крышке. После заполнения бункера заданным объемом гранул, подача автоматически прекращается. Разгрузка бункера производится через затвор, который открывается и закрывается с помощью пневмопривода [4].

По наполнению дозатора, гранулы попадают в смеситель. После этого открывается пневмозаслонка дозатора, и материал поступает в смеситель. Вода заливается в специальные емкости перед началом смены. Емкости оснащены насосами, счетчиками воды и системой подогрева. Рекомендуемая температура воды-затворения +40-50 °С

Составляющие полистиролбетона (вспененные полистирольные гранулы, портландцемент, смола древесная омыленная, вода) дозированными частями подаются в смеситель.

Загрузка компонентов полистиролбетона в работающий смеситель производится в следующей последовательности:

- вода; производство полистиролбетон сырьевой полуфабрикат

- СДО (предварительно растворимая в воде);

- портландцемент;

- отдозированный по объему ПСВ.

Общая продолжительность приготовления полистиролбетона, включая время загрузки компонентов и продолжительность их перемешивания, должна составлять не менее 3-5 мин. В процессе перемешивания компонентов должен осуществляться визуальный контроль над слитностью и удобоукладываемостью полистиролбетона.

Смешение компонентов осуществляется в установке РС-1750 (рисунок 6). Установка РС-1750 - смеситель горизонтального типа, оснащенный героторным насосом. Предназначен для приготовления и транспортировки пенобетонной, полистиролбетонной смесей различной плотности к месту укладки. Установка отлично зарекомендовала себя при проведении работ по устройству стяжки пола, для тепло, звукоизоляции кровли, подвалов и при монолитной заливке стен. Установки снабжены колесами для перемещения на строительном объекте. В случае невозможности перемещения на колесах, установки разбираются на отдельные узлы, каждый из которых весит не более 200 кг.

Перед подачей воды в смеситель вода проходит стадию подготовки.

Комплекс подготовки воды проходного типа предназначен для подогрева, поддержания заданной температуры и напорного дозирования в технологическом процессе воды количеством, заданным оператором (рисунок 7).

Подогрев воды и транспортировка в накопительную ёмкость производится с помощью электрокотла и системы гидроциркуляции. Управление и регулировка параметров осуществляется оператором. Дозирование осуществляется в определённом объёме, предварительно заданным оператором. Дозатор обеспечивает производительность до 17 м3/ч и дозирование в диапазоне от 1 до 9999 л.

Последующий этап - формование полистиролбетонного массива.

Представляет собой процесс заливки полистиролбетонной смеси в предварительно смазанные формы для формования полистиролбетонного массива. Одним из ключевых факторов, влияющих на качество производимой продукции, является правильный выбор форм для изготовления блоков из полистиролбетона.

Скорость твердения полистиролбетонного массива в формах зависит от следующих основных факторов: активности вяжущего, температуры в помещении и наличия камеры термической обработки. Использование камеры позволяет ускорить процесс набора распалубочной прочности, а также получить полистиролбетон с повышенными прочностными характеристиками. Использование передвижных форм со съемными бортами для заливки полистиролбетона позволяет исключить из технологического процесса подъемные механизмы, что в свою очередь уменьшает материалоемкость и снижает материальные затраты.

Резка массива на полистиролбетонные стеновые блоки с заданными размерами осуществляется с помощью автоматизированного резательного комплекса.

Резательный комплекс «РК-3» является универсальным и предназначен для вертикальной распиловки массива пенобетона, полистиролбетона или газобетона на блоки заданных размеров. Для заливки и формования массива используется форма ФМ-0,84 м³, либо ФМ-1,47 м³. Блоки, получаемые при распиловке массива имеют неизменные длину и высоту, а толщина блока задается оператором.

Резательная технология позволяет уйти от использования большого количества дорогостоящих кассетных форм, добиться высокой точности размеров блоков и качества их поверхности. Ленточными пилами можно резать блоки практически на любой стадии твердения [5].

После распиловки готовые блоки укладываются на поддон и обтягиваются стрейч пленкой. Упаковка осуществляется с помощью паллетоупаковщика.

Поддоны с полистиролбетонными блоками хранятся на складе готовой продукции до набора 70 %-прочности и отпускной влажности не более 25 % (7-10 дней). Температура должна быть не менее +15⁰ С. Поддоны с блоками устанавливаются в 2-3 яруса, занимаемая площадь рассчитывается исходя из ежедневной производительности.

2.6 Физико-химические процессы формирования структуры полистиролбетона

Отличительной особенностью теплоизоляционных материалов является высокопористая структура, обеспечивающая их функциональные свойства. При получении этой группы материалов стремятся увеличить объем пор и создать соответствующий характер пористости. Для полистиролбетона целесообразна ячеисто-зернистая (комбинированная) структура с равномерным распределением замкнутых пор в объеме изделия.

Различают следующие группы способов поризации материалов, позволяющие направленно регулировать объем и характер пористости:

- вспучивание - способ основан на выделении в пластично-вязкой массе или введении в нее газовой фазы, которая насыщает массу, увеличивает ее объем, формирует ячеистую структуру; варианты вспучивания: низкотемпературное газообразование, высокотемпературное газообразование, пенообразование (воздухововлечение); используют в производстве ячеистых бетонов, пеностекла, пенопластов, гранул из растворимого стекла, вспученного вермикулита и перлита;

- удаление порообразователя - способ основан на испарении или выжигании порообразователя, которые происходят при воздействии повышенной температуры; при этом объем поризуемой массы не изменяется; варианты способа - высокое водозатворение; введение выгорающих добавок; используют в технологии древесноволокнистых плит, акустических минераловатных плит; в производстве керамических высокопористых материалов;

- неплотная упаковка - способ основан на свойлачивании (перепутывании) волокон, механическом диспергировании и рассеве зернистых компонентов массы; реализуется в производстве минеральной ваты, древесноволокнистых плит, гранулированных теплоизоляционных засыпок;

- контактное омоноличивание - способ основан на склеивании зернистых и волокнистых элементов структуры в местах контакта с помощью тонких прослоек; реализуется в производстве минераловатных изделий на связующем; бетонов на пористых заполнителях;

- объемное омоноличивание - способ основан на заполнении пустот между высокопористыми зернами; реализуется в производстве композиций из вспученного перлита и вермикулита, стеклопора;

- создание комбинированных структур - способ предполагает сочетание нескольких приемов поризации; например, в производстве композиции из гранулированной минеральной ваты и полимерного связующего.

Для обеспечения полистиролбетона ячеисто-зернистой структурой применяется способ создания комбинированных структур. Комбинированный способ предусматривает применение двух видов поризации: первоначальное вспучивание гранул полистирола с последующим объёмным омоноличиванием пустот между высокопористыми гранулами вспененного полистирола.

Вспучивание происходит за счёт насыщения пластично-вязкой массы размягченных гранул полистирола газовой фазой. Что влечет за собой увеличения объёма этих гранул и образования в них ячеистой структуры.

Общая пористость материала с ячеистой структурой образуется из ячеистой пористости (макропористости) и пористости межпоровых перегородок (микропористости) [6]. Принципиально возможно увеличение объема пористости путем изменения характера пористой ячеистой структуры и межпоровых перегородок. Для этого необходимо иметь в материале поры различных размеров. Полидисперсный характер распределения пор по размерам при определенных условиях обеспечивает высокую вероятность равномерного размещения пор меньших размеров между порами больших диаметров (рисунок 11).



Рисунок 11 - Упаковка пор сферической формы в бинарную решетку

Межпоровые перегородки в материале с ячеистой структурой должны быть не только тонкими, но и близкими между собой по толщине. Различие межпоровых перегородок по толщине существенно снижает прочность материала. Разрушение наиболее тонких (слабых) перегородок влечет за собой перераспределение нагрузок на оставшиеся более прочные перегородки.

Для теплоизоляционных материалов оптимальной ячеистой структурой следует считать равномерно распределенную в виде полидисперсных по размеру, замкнутых, деформированных в правильные многогранники пор с глянцевой поверхностью припорового слоя, разделенных тонкими плотными, одинаковыми по сечению межпоровыми перегородками. Реально достижимые толщины перегородок и неоднородность толщин в объеме материала составляют для полистиролбетона с ячеистой структурой соответственно 0,006…0,01 и 1…2-10~3 мм. Плотность межпоровых перегородок определяется их пористостью, которая слагается из пористости, создаваемой водой затворения, и межзерновой пористости, характерной для неорганических материалов зернистого строения. Первый из этих двух факторов зависит от количества воды затворения (В/Т) или количества разбавителя, а также от доли жидкой фазы, связываемой в процессе твердения. Второй фактор определяется гранулометрическим составом твердых компонентов, формой зерен, шероховатостью их поверхности, а также реологическими характеристиками смеси и интенсивностью уплотнения. Форма пор характеризует степень деформирования сферических пор в правильные многогранники. Повышение объема ячеистой пористости системы, снижение поверхностного натяжения, повышение устойчивости массы, быстрая фиксация пористой структуры путем отверждения приводят к увеличению объема пор -- многогранников [7].

Для систем, проходящих стадию пиропластического состояния увеличить однородность распределения порообразователя в массе, оптимизировать его концентрацию в ней, а также дисперсность газообразователя; выбрать рациональные режимы тепловой обработки для достижения соответствия кинетики изменения реологических свойств массы и газовыделения в ней, а также условий для наиболее полного омоноличивания компонентов смеси и уменьшения остаточных напряжений в поризованном материале.

Вторым способом поризации, применяемым для обеспечения комбинированной структуры полистиролбетона, является объёмное омоноличивание (рисунок 12). Это осуществляется за счёт заполнения связующей массой (портландцементом) всех пространств между частицами.

Рисунок 12 - Объёмное омоноличивание

Понятие «оптимальная зернистая пористость» бывает различным в зависимости от способа ее создания и условий эксплуатации. Следует различать два вида зернистой структуры: нестационарная зернистая структура, характерная для засыпной теплоизоляции; в этом случае контакт между зернами осуществляется только за счет механического трения.

Оптимальная нестационарная зернистая структура характеризуется высокопористыми мелкими зернами монофракционного состава. Форма зерен и характер их поверхности в этом случае не имеют первостепенного значения.

Оптимальная стабильная зернистая структура формируется из высокопористых зерен увеличенного размера и монофракционного состава со сферической формой и уплотненным поверхностным слоем.

За счёт сцепления портландцемента со вспененными гранулами полистирола образуется зернистая структура полистиролбетона.

2.7 Структура и режим работы предприятия

Структура предприятия во многом зависит от вида выпускаемой продукции. Основные подразделения предприятия по выпуску блоков из полистиролбетона:

- склады сырьевых материалов - хранят нормативный запас сырья (2 - 10 сут); обеспечивают условия для сохранения требуемого качества сырья; оснащены погрузочно-разгрузочным оборудованием;

- производственные (основные) цехи - осуществляют переработку сырья в готовую продукцию (например, карьер, дробильное отделение; цех помола сырья; сушильное отделение; цех обжига);

- вспомогательные цехи - осуществляют ремонт оборудования, изготовление инструмента, приспособлений; вырабатывают энергию, необходимую для технологических целей (например, ремонтно-механические мастерские, котельные, компрессорный цех);

- обслуживающие цехи - организуют работу транспорта;

- лаборатория и отдел технического контроля (ОТК) - осуществляют контроль качества сырья и готовой продукции, технологического процесса;

- склад готовой продукции;

- административно - управленческий аппарат - обеспечивает управление работой предприятия.

Режим работы предприятия характеризуют количеством рабочих дней в году, продолжительностью и количеством смен в сутки.

Режимы работы производственных отделений (цехов) выбирают в соответствии с режимом работы оборудования.

Непрерывный режим работы - 365 сут при трехсменной работе 24 ч в сут (продолжительность смены - 8 ч).

Прерывный режим работы - предполагает деятельность предприятия или его подразделения с перерывами на выходные и праздничные дни. Количество выходных дней: 52 (воскресенье) или 104 (суббота и воскресенье). Количество праздничных дней в Республике Казахстан 12. Количество рабочих дней при прерывном режиме работы: 301 (для шестидневной рабочей недели) и 249 (для пятидневной рабочей недели).

Цехи предприятий, связанные с термической обработкой материалов (обжиг, сушка), работы по непрерывному режиму. Для бесперебойной работы таких цехов должны быть обеспечены необходимые запасы сырья и подразделения с учетом перерыва в работе других подразделений.

Склады сырья, материалов и готовой продукции работают по непрерывному режиму.

Другие цехи работают по прерывному режиму, при этом количество смен зависит от степени загрузки технологического оборудования.

Рекомендуемые режимы работы для основных цехов:

- карьер; дробильное отделение - прерывный, 2 смены в сут;

- цех обжига - непрерывный;

- цех обжига (обжиг в низкотемпературных агрегатах периодического действия) - прерывный, 3 смены в сут;

- сушильное отделение, цехи помола сырья - непрерывный; прерывный, 3 смены в сут.

Годовой фонд рабочего времени, В_Р, ч, рассчитывают по формуле:

В_Р = С_Р · n · К_ИСП,

где С_Р - расчетное количество рабочих суток в году, сут;

n - количество рабочих часов в сут, ч;

К_ИСП - коэффициент использования оборудования во времени;

учитывает время, необходимое для ремонта и вынужденных простоев; принимают 0,75 - 0,95.

Коэффициент использования К_ИСП может быть определен по времени фактической работы оборудования в смену к продолжительности смены.

Если определение фактического коэффициента использования затруднено, то применяют значение по следующим рекомендациям:

0,8 - 0,9 - для непрерывно действующих установок;

0,5 - 0,6 - для оборудования периодического действия;

0,8 - 0,9 - для транспортного оборудования.

Режим работы, принятый для предприятия, представляют в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Режим работы предприятия

Наименование цеха, отделения	Количество Рабочих суток, СР, сут	Количество Смен в сут	Длительность Рабочих суток, Ч	Коэффициент Использования оборудования, КИСП	Годовой фонд рабочего времени, ВР, ч
Склады сырьевых материалов	249	2	24	0,8	398,4
Основные цехи	249	2	24	0,9	448,2
Вспомогательные цехи	249	2	24	0,8	398,4
Обслуживающие цехи	249	2	24	0,5	124,5
Лаборатория и ОТК	249	2	24	0,5	124,5
Склад готовой продукции	249	2	24	0,8	398,4
Административно-управленческий аппарат	249	2	24	0,5	124,5

2.8 Программа выпуска полистиролбетона

Программа выпуска продукции - распределение во времени произведенных изделий, то есть количество продукции, отправляемое потребителю в год, в сутки, в смену, в час.

Исходными данными для расчета программы выпуска являются значения выпуска изделий в год, П_год, м³/год.

Объем выпуска изделий в сутки, П_сут; м³/год, рассчитывают по формуле:

П _сут = = (1)

Объем выпуска изделий в смену, П_см; м³/см, рассчитывают по формуле:

П _см == (2)

где n - число смен в сутки (принимают из таблицы 2,4).

Объем выпуска изделий в час, П_час; м³/ч, рассчитывают по формуле:

П _час = (3)

Годовую производительность выражают в единицах массы. Для этого осуществляют перевод других исчислений, используя сведения о массе и плотности изделий.

Результаты расчетов представляют в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Программа выпуска полистиролбетона

Объем выпуска изделий
в год	в сутки	в смену	в час
м3	шт	т	м3	шт	т	м3	шт	т	м3	шт	т
20000	2777,78	100000	80,32	38	274	40,16	12,63	91,3	44,62	3,35	0,08

2.9 Материальный баланс производства

Данный раздел расчетно-пояснительной записки состоит из двух частей:

1 - Составление материального баланса

2 - Анализ схемы материальных потоков производства изделий

Для составления аппаратурно-технологической схемы производства необходимо определить количество материалов, подлежащих переработке на каждом переделе производства в единицу времени для выполнения программы выпуска, т.е. необходимо составить производственную программу.

Для определения материальных потоков на каждом технологическом переделе в единицу времени рассчитывают материальный баланс.

Материальный баланс выражает соотношение между статьями прихода и статьями расхода. Статьи прихода - количества сырья, поступающего в производство. Статья расхода - количество готовой продукции, побочных продуктов и материальных потерь на каждом технологическом переделе. По закону сохранение массы статьи прихода и расхода материального баланса должны быть равными. Допустимая невязка баланса - не более 0,5 %.

Материальный баланс рассчитывают по обратному ходу технологического процесса, начиная с транспортировки, сортировки и хранения готовых изделий, заканчивая складом сырья. Расчет ведут в единицах измерений, которыми учитывают материал на данном переделе, как правило, в единицах массы (кг; т). Иногда целесообразно параллельное использование двух единиц (например, кг; шт.).

Для расчета материального баланса необходимы исходные данные:

- производительность предприятия по выпуску изделий: для расчета целесообразно использовать годовую или часовую производительность из таблицы 7, выраженную в т (кг);

- состав твердых компонентов формовочной массы, % ,;

- отпускная влажность изделий, В_отп, %;

- влажность свежеотформованных изделий, В_с, %;при этом В_с не должна превышать величины относительной влажности, В_ф %;

- относительную влажность формовочной массы В_ф %, которую рассчитывают с точностью до 0,01 по формуле:

- отношение «жидкие компоненты (вода): твердые составляющие» (водотвердое отношение);

- влажность сырьевых компонентов, %;

- технологические потери на всех стадиях производства изделий, % (значения потерь для некоторых производств даны в методиках расчета).

В основе материального баланса расчет производительности каждого технологического передела с учетом возможного брака и других производственных потерь.

В приведенной методике расчет материальных потоков проводится на годовой выпуск продукции. Кроме этого расчет можно проводить на часовой выпуск продукции; на 1 м³ изделия, на единицу (шт.) изделий. Выбор исходных данных для расчета зависит от вида изделий, производительности предприятия. Для уточнения расчетов для ряда методик может быть использована компьютерная программа «Balans».

2.9.1 Составление материального баланса

1.Объем продукции, П₁, т/год, с учетом потерь при складировании, (сортировке, упаковке) готовых изделий а₁ = 2 - 3 %:

П₁ = (5)

2. Потери готовой продукции при складировании, К_1, т/год:

К₁ = П₁ - П _год = 102040,81-100000=2040,81 (6)

3. Масса изделий, выходящих из агрегата тепловой обработки (камера ТО), П₂, т/год, с учетом потерь а₂ = 0,5 - 2,5 %:

П₂ == (7)

4. Потери изделий, К₂, т/год, при тепловой обработке:

К₂ = П₂ - П₁= 102564,1 - 100000 = 2564,1 (8)

5. Масса изделий, выходящих из агрегата тепловой обработки, П₃, т/год, в абсолютно сухом состоянии (В_отп - отпускная влажность, % ):

П₃ = = (9)

6. Масса свежеотформованных изделий, поступающих на тепловую обработку, П₄, т/год, с учетом влажности изделий после формовании, В_с ,% :

П₄ = = (10)

7. Потери влаги, К₃ , т/год, при тепловой обработке изделий:

К₃ = П₄ - П₂ = 127547,66 - 102564,1 = 24983,56 (11)

8. Расход формовочной массы, П₅, т/год, с учетом потерь при формовании изделий а₃ = 1 - 3 % :

П₅ = = (12)

9. Потери формовочной массы, К₄ , т/год, при формовании изделий:

К₄ = П₅ - П₄ = 128836,02 - 127547,66 = 1288,36 (13)

10. Расход формовочной массы, П₆, т/год, с учетом потерь при ее приготовлении и транспортировании а₄ = 0,5 - 1,0 %:

П₆ = = (14)

11. Потери формовочной массы, К₅, т/год, при приготовлении и транспортировании:

К₅ = П₆ - П₅ = 129483,43 - 128836,02 = 647,41 (15)

12. Расход формовочной массы, поступающей из смесительного агрегата, П₇, т/год, в абсолютно сухом состоянии:

П₇ == (16)

13. Расход компонентов формовочной массы, Р₁, Р_2,… , P_m, т/год, с учетом их процентного содержания компонентов в массе (С₁, С₂, … , С_m, %):

Р₁ = = (17)

Р₂ = = (18)

Р₃ = = (19)

Правильность расчета подтверждается выполнением условия П₇=Р₁+Р₂+Р_m.

14. Расход воды, Р_В, т/год для приготовления формовочной массы рассчитывается по одной из формул:

Р_В = П₇ = 100997,07 (20)

15. Расход формовочной массы, П₈, т/год, с учетом содержания воды:

П₈ = П₇ + Р_В = 100997,07+71157,02=172154,09 (21)

16. Потери воды, К₆, т/год, при формовании изделий:

К₆ = П₈ - П₆ = 172154,09 - 129483,43 = 42670,66 (22)

17. Расход каждого из компонентов композита, , т/год, с учетом их влажности В₁, В₂, В_m , %:

== (23)

== (24)

== (25)

18. Расход сырьевых компонентов естественной влажности, , т/год, с учетом потерь при хранении, транспортировке и дозировании а₅ = 1,0 - 1,5 %:

= = (26)

= = (27)

= = (28)

19. Потери сырьевых компонентов естественной влажности при хранении, транспортировке и дозировании К₇₁, К₇₂, …, К_7m. Расчет ведут для каждого компонента:

К₇₁ = = 8848,43 - 8759,95 = 88,48 (29)

К₇₂ = = 93783,63 - 92845,80 = 937,8 (30)

К₇₃ = = 784,73 - 776,899 = 7,84 (31)

20. Содержание воды во влажных компонентах, А₁, А₂, … ,А_m, т/год, рассчитывают по примеру для каждого из компонентов:

А₁ = = 8759,95 - 8584,75 = 175,2 (32)

А₂ = = 92845,80 - 91907,34 = 938,46 (33)

А₃ = = 776,89 - 504,98 = 271,91 (34)

21. Расход воды, , т/год для приготовления формовочной смеси с учетом влажности компонентов:

= Р_В - А₁ - А₂ - А₃ = 71157,02 - 175,2 - 938,46 - 271,91 = 69771,45 (35)

Результаты расчета в таблице 2.6, в которой записаны конкретные названия материалов и виды производственных потерь.

Таблица 2.6 - Материальный баланс производства полистиролбетона

Статьи прихода	Статьи расхода
Наименование сырьевых материалов	Количество сырьевых материалов, потребляемых для выпуска продукции, т/год	Наименование материалов	Количество материалов, образуемых при выпуске продукции, т/год
Гранулы ПСВ ПЦ400Д20 Добавка СДО Вода	- 8848,43 - 93783,63 Р- 784,73 - 69771,45	Готовая продукция, направляемая потребителю Потери технологические: - готовой продукции при складировании; - изделий при тепловой обработке; - влаги при тепловой обработке изделий; - формовочной массы при формовании изделий; - формовочной массы при приготовлении и транспортировании; - воды при формовании изделий. Потери сырьевых материалов: - Гранулы ПСВ - ПЦ400Д20 - Добавка СДО	Пгод - 100000 К1 - 2040,81 К2 - 2564,1 К3 - 24983,56 К4 - 1288,36 К5 - 647,41 К6 - 42670,66 К71 - 88,48 К72 - 937,83 К73 - 7,84
Итого	173188,24	Итого	175229,05

Д =

2.9.2 Анализ схемы материальных потоков производства полистиролбетона

После расчета материального баланса составлена схема материальных потоков производства полистиролбетона. На схеме указано количество материалов, перерабатываемых на основных технологических переделах.

Наибольшие технологические потери происходят при формовании изделий, это потеря воды. Так же значительные потери происходят при складировании готовых изделий.

Потери на технологических этапах объясняются возможной технической халатностью либо не предвидимыми обстоятельствами: россыпь, проникновение не желательной влаги в связи с экологическими условиями, затратами массы на определённом этапе для смазки агрегата и другими факторами, которые могут повлиять на качество сырьевых материалов, формовочной массы, свежеотформованных изделий, готовой продукции.

В производстве полистиролбетона для технологических потерь, в виде материалов, предусмотрен возврат в производство на стадию производства формовочной массы с предварительным измельчением до необходимого фракционного состава [8].

2.10 Производственная программа предприятия

Производственная программа предприятия включает сведения о производительности каждого технологического передела.

Производственная программа показывает, как и какое количество материалов (сырья, полуфабрикатов, готовой продукции) распределяется в пространстве (цех, участок, пост) и во времени (в год, в сутки, в смену, в час).