Производство пеностекла

Таблица 2.1- Номенклатура выпускаемой продукции

Наименование продукции,	Обозначение ТНПА, характеристика
1.Блоки теплоизоляционные из пеностекла. Высокопористый изоляционный материал. Основные параметры: размер, мм: длина: ширина: толщина: плотность, кг/м3 теплопроводность, Вт/м·К: при Т=298К предел прочности при сжатии водопоглощение % по объему	Блоки теплоизоляционные из пеностекла СТБ 1322-2002 475 400 120 не более 150 0,055 не менее 0,7 МПа не более 3



Годовой выпуск пеностекла - 75000 м³/год. Так как 1м³ пеностекла весит 150 килограмм, соответственно годовой выпуск пеностекла - 11250 т/год.

Производственная программа выпускаемой продукции приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Производственная программа

Наименование продукции	Годовой выпуск, м3	Годовой выпуск, т
Блоки теплоизоляционные из пеностекла	75000,0	11250,0

2.2 Применяемое сырье, его характеристика, обоснование химического состава и расчет шихты

Для производства пеностекла используют стекломассу, сваренную из следующих исходных материалов: кварцевого песка, полевого шпата, мела, доломита, соды и сульфата натрия.

Сырьем для производства пеностекла является специально наваренного из шихты гранулята 60 мас. % Здесь и далее мас.%., 40 % вторичного стеклобоя и 0,3 % газообразователя технического углерода (в виде сажи).

Химический состав стекла для варки гранулята представлен оксидами, %: SiO₂ - 72,1; Al₂O₃ - 2,00; CaO - 6,6; MgO - 4,0; Na₂O - 14,80; SO₃ - 0,5.

Для обеспечения заданного химического состава используют следующие сырьевые материалы:

1) кварцевый песок (SiO₂) - главный стеклообразующий оксид. Кремнезем повышает вязкость стекломассы, улучшает механические и химические характеристики, повышает тугоплавкость стекла и затрудняет его гомогенизацию, уменьшает показатель преломления, ТКЛР и плотность.

Главное требование к пескам - максимальное содержание диоксида кремния и минимальное содержание окрашивающих примесей. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный зеленый цвета.

2) сода кальцинированная (Na₂CO₃) служит для введения в состав стекла оксида натрия (Na₂O), играющего роль плавня в стекловарении, снижая тем самым температуру варки стекла, понижает вязкость стекломассы, уменьшает склонность к кристаллизации.

3) сульфат натрия (Na₂SO₄) так же как и сода, служит для ввода оксида натрия.

4) мел (CaCO₃) служит для введения в состав стекла оксида кальция (CaO), который понижает температуру плавления и вязкость стекломассы, улучшает механические и химические свойства стекла, но усиливает склонность к кристаллизации, повышает плотность.

5) доломит (CaCO₃·MgCO₃) вводит в состав MgO и CaO. Оксид магния понижает температуру плавления и склонность к кристаллизации, повышает поверхностное натяжение, уменьшает время провара стекломассы. Снижает устойчивость стекла к действию воды.

6) полевошпатовый материал (R₂O·Al₂O₃·6SiO₂) используется для ввода в состав стекла оксида алюминия (Al₂O₃).

7) газообразователь технический углерод (в виде сажи).

Стеклобой должен соответствовать постоянному химическому составу и минимальному содержанию примесей.

Требования к химическому составу сырьевых материалов предъявляются согласно соответствующим нормативным документам и приведены в таблице 2.3.



Таблица 2.3 - Характеристика сырьевых материалов

Наименование материалов	ГОСТ, ТУ	Характеристика материала, содержание оксидов
Кварцевый песок	ГОСТ 22551-77 Марка ВС-030-8	SiO2 не менее 99,0 % Fe2O3 не более 0,06 % Al2O3 не более 0,1 % СаO не более 0,5 %
Сода кальци -нированная	ГОСТ 5100-85 Марка ОКП21 311020 высшего сорта	Na2O-не менее 58,0%,
Натрий серно- кислый технический	ГОСТ 6318-77 Марка А Высший сорт	Na2O-не менее 43,4%,
Мел мелко-гранулирован-ный	ТУ 21 БССР 296-89 Высший сорт	CaCO3 не менее 54,3 %.
Доломит	ГОСТ 23672-79 Марка ДМ 2,0-0,10	MgO-20,5% CaO-29,5% SiO2-3,5% Al2O3-1,6%

75000 м³ - х кг годовго выпуска гранулята и газообразователя.

х = 11250 т/год - годовой выпуск гранулята и газообразователя

Рассчитаем потребность в стеклогрануляте:

11250 т/год.- 100 %

х т/год - 99,7 %

х = 11250·99,7/100 = 11216,25 т/ год.

Следовательно, потребность в газообразователе : 11250-11216,25 =33,75 т/год.

Расход сырьевого материала для выпуска готовой продукции сводим в таблице 2.4.



Таблица 2.4 - Расход сырьевого материала для выпуска готовой продукции

Материал	Необходимое количество в смену, кг.	Необходимое количество в сутки, кг.	Необходимое количество в год, кг.
Технический углерод (в виде сажи)	32,5	97,54	33750

Гранулят варят из шихты, представленной 60 % шихты и 40 % боя. Соответственно необходимо:

Шихты: 11216,25/(1-0,1178)·0,6=8187 т/год

Стеклобой: 11216,25 ·0,4=4486,5 т/год

Состав сырьевых материалов приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Химический состав сырьевых материалов

Наименование материала	Необходимое кол-о, кг	Содержание компонентов, мас.%
		SiO2	Na2O 3	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3
Песок кварцевый	х1	99,0	-	0,5	-	0,1	0,06
Мел	х2	1,2	-	54,3	0,6	0,6	0,1
Доломит	х3	3,5	-	29,5	20,5	1,6	0,18
Сода кальцинированная	х4	-	58,0	-	-	-	-
Полевой шпат	х5	60,8	8,6	-	-	22,4	0,25
Сульфат натрия	х6	-	43,4	-	-	-	-
Стеклогранулят	100	72,1	2,0	6,6	4,0	14,80	-

Для получения 100 массовых частей стекла необходимо взять (х₁+ х₂ + х₃+ х₄ + х₅+ х₆) сырьевых материалов. Для определения требуемых количеств сырьевых материалов необходимо составить уравнения с учетом ввода определенного оксида с каждым сырьевым материалом. Из нашей таблицы видно, что SiO₂ содержится в песке, меле, доломите, полевом шпате. Тогда его вводится:

с песком кварцевым х₁•99,0/100=0,99• х1 мас.ч;

с полевым шпатом х₆•60,8/100= х₆•0,608 мас.ч;

с доломитом х₃•3,5/100=0,035•х₃ мас.ч;

с мелом х₂•1,2/100=0,012•х₂ мас.ч;

Всего в стекло необходимо ввести 72,23 кг SiO₂.

В связи с этим уравнение для SiO₂ примет вид

SiO₂ : 72,23=0,99• х₁+ 0,608•х₆+0,035•х₃+0,012•х₂ .

Аналогично составляют уравнения для других оксидов:

CaO: 6,6= 0,005•х₁+0,543•х₂+0,295•х₃ ;

MgO: 4,0=0,006•х₂+0,205•х₃ ;

Na₂O: 14,80 - 0,74=0,058•х₄+0,086•х₅ ;

Na₂SO₄ : 0,74=0,434•х₆ ;

A?₂O₃ : 2,0=0,001•х₁+ 0,006•х₂+0,016•х₃+0,224•х₅ ;

Из этих уравнений определяем значения неизвестных:

Из уравнения для Na₂SO₄ найдем х₆

х₆=0,74/0,434=1,71мас.ч;

Для упрощения расчета исключим из уравнения для MgO составляющую 0,006•х₂, полагая, что количество MgO, вносимое с мелом, незначительно. Тогда требуемое количество доломита составит:

х₃=4,0/0,205=19,51 мас.ч;

В уравнении для CaO по тому же принципу пренебрежем переменной 0,005•х₁, тогда требуемое количество мела составит:

х₂=(6,6-5,75)/0,543=1,56 мас.ч;



В уравнении для Al₂O₃, для упрощения расчета исключим малозначительное составляющее 0,001•х₁, тогда найдем необходимое количество полевого шпата:

х₅=(2-0,321)/0,224=10,321 мас.ч;

Из уравнения для Na₂O найдем необходимое количество соды:

х₄=(14,06-0,888)/0,58=22,71 мас.ч;

Из уравнения для SiO₂ найдем необходисое количество песка кварцевого:

х₁=(72,1-0,0187-0,683-6,275)/72,1=65,78 мас.ч.

Состав шихты на 100 массовых частей стекла приведен в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Состав шихты на 100 кг стекла

Наименование материала	Масса, масс.ч.
Песок кварцевый	65,75
Мел	1,56
Доломит	19,51
Сода кальцинированная	22,71
Полевой шпат	10,321
Сульфат натрия	1,71
Итого	121,59

Определим угар шихты. Выход стекла, %, определяется из пропорции:

121,59 мас. частей шихты- 100,0 мас. частей стекла;

100,0 мас. частей шихты - х частей по массе стекла,

откуда х=82,20 %.

Потери при стеклообразовании составляют 100,0-82,2=17,8 %

Для приготовления 8187 т/год шихты необходимо следующее количество сырьевых материалов:

Песок кварцевый:

65,75 кг - 100 кг

х - 8187000 кг

х=5382,95 т/год

Мел:

1,56 кг - 100 кг

х - 8187000 кг

х=127,72 т/год

Доломит:

19,51 кг - 100 кг

х - 8187000 кг

х=1597,28 т/год

Сульфат натрия:

1,71 - 100 кг

х - 8187000 кг

х=139,99 т/год

Сода кальцинированная:



22,71 кг - 100 кг

х - 8187000 кг

х=1859,27 т/год

Полевой шпат:

10,321 кг - 100 кг

х - 8187000 кг

х=844,98 т/год

Расход сырьевых материалов для выпуска продукции сводим в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 - Расход сырьевых материалов для выпуска продукции.

Материал	Необходимое количество в смену, кг	Необходимое количество в сутки, кг	Необходимое количество в год, кг
Песок кварцевый	5185,89	15557,66	5382950
Мел	123,04	369,13	127720
Доломит	1538,8	4616,42	1597280
Сода кальцинированная	1791,2	5373,6	1859270
Полевой шпат	814,05	2442,14	844980
Сульфат натрия	134,86	404,59	139990
Вода	403	1209	418458

Расчет количества газообразователя в пеностекольной шихте:

100 кг пеностекольной шихты - 100 %

х кг газообразователя -0,3 %.

х=100·0,3/100=0,3 кг газообразователя в шихте.

Тогда гранулята в шихте 100-0,3=99,7 кг.



2.3 Описание технологической схемы производства

На заводах стекольной промышленности приходится проводить разные операции с сырьевыми материалами, в результате которых происходит удаление вредных примесей либо превращение кусковых материалов в порошковые. Некоторые материалы подвергаются сушке, измельчению и просеву. Это обусловлено тем, что сырьевые материалы не всегда поступают на предприятия в подготовленном для составления шихты виде.

Составной цех обычно имеет два отделения: подготовительное и дозировочно-смесительное. В подготовительном отделении сырьевые материалы

подвергаются обработке и подготовке, а в дозировочно-смесительном отделении происходит дозирование и смешивание уже обработанных компонентов шихты.

Песок поступает на завод навалом в полувагонах, доломит в цистернах, мел, полевой шпат, сульфат натрия в мешках и вагонах. Сода - в хопперах или кусками в мешках в полувагонах.

Необогащенный кварцевый песок подвергается сушке и просеву. Так же просеву подвергаются все сырьевые материалы. Полевой шпат при необходимости сушится в сушильных барабанах.

Дозирование и смешивание компонентов шихты происходит на дозировочно-смесительной линии оснащенной тензорезисторными датчиками, что дает возможность получать погрешность взвешивания 0,1 % для каждого сырьевого материала, и смесителями шихты тарельчатого типа.

На качество шихты влияют постоянство химического состава компонентов, дисперсность компонентов и их влажность, точность взвешивания, совершенство перемешивания и условия перемещения шихты к месту загрузки. Шихта подается из составного цеха в вагонетках по железнодорожному пути в цех по производству гранулята. Рассмотренные выше операции необходимые для получения продукции, реализуются в следующих технологических схемах. Подготовка сырьевых материалов.

Схема подготовки песка кварцевого.

Емкость запаса

v

Грейферный кран

v

Приемный бункер

v

Лотковый питатель

v

Конвейер ленточный

v

Сушильный барабан

v

Элеватор ковшевой

v

Сито-бурат

v

Конвейер ленточный

v

Расходные бункера ДСЛ

v

Сборочный конвейер

Песок кварцевый из емкости запаса подается мостовым грейферным краном в приемный бункер, сверху закрытый металлической решеткой с ячейками не более 250х250 мм. При необходимости мёрзлый песок может подвергаться дроблению в щековой дробилке. Через лотковый питатель по ленточному конвейеру песок поступает в сушильный барабан. Сушильный барабан отапливается природным газом. Температура газовой среды готовой части барабана допускается не более 700 ^оС. Температура песка при выходе из сушильного барабана 110±10 ^оС. Песок должен обладать хорошей сыпучестью и влажностью не более 0,2 %. Просушенный песок элеватором через сито-бурат с ситом № 08 подается в расходные бункера весовых линий.

Схема подготовки соды кальцинированной.

Силосные емкости

v

Питатель винтовой

v

Конвейер ленточный

v

Элеватор ковшевой

v

Грохот вибрационный

v

Бункер промежуточный

v

Пневмокамерный насос

v

Пневмопровод

v

Циклон разгружатель

v

Расходные бункера ДСЛ

v

Сборочный конвейер



Сода из силосных емкостей с помощью винтового питателя по ленточному конвейеру подается на элеватор ковшевой. С помощью элеватора ковшевого кальцинированная сода поступает для просеивания на грохот вибрационный с установленной сеткой № 1,6. Просеянная сода поступает в промежуточный бункер, из которого пневмокамерным насосом по пневмотранспорту подается для разгрузки в циклон разгружатель и далее распределяется по расходным бункерам весовых линий.

Схема подготовки мела.

Склад

v

Грейферный кран

v

Бункер приемный

v

Конвейер ленточный

v

Грохот вибрационный

v

Бункер промежуточный

v

Насос пневмокамерный

v

Пневмопровод

v

Циклон- разгружатель

v

Бункера расходные ДСЛ

v

Сборочный конвейер

Мел со склада мостовым грейферным краном подается в приемный бункер, закрытый металлической решеткой с ячейками не более 100х100 мм. Из приемного бункера мел по ленточному конвейеру через элеватор подается для просеивания на грохот вибрационный с сеткой № 1,1. Мел просеивается в промежуточный бункер, установленный под грохотом. Просеянный мел из промежуточного бункера с помощью пневмокамерного насоса транспортируется для разгрузки на циклон разгружатель и далее в бункера весовой линии.

Схема подготовки доломита.

Силосные емкости

v

Конвейер ленточный

v

Сито-бурат

v

Бункер промежуточный

v

Насос пневмокамерный

v

Пневмопровод

v

Циклон разгружатель

v

Расходные бункера ДСЛ

v

Сборочный конвейер

Их силосных емкостей хранения доломит поступает на просеивание по ленточному конвейеру в сито- бурат с установленной сеткой № 08. Просеянный доломит из промежуточного бункера с помощью пневмокамерного насоса по пневмопроводу транспортируется в циклон - разгружатель, через который разгружается по расходным бункерам.

Схема подготовки полевого шпата.

Емкость запаса

v

Бункер приемный

v

Конвейер ленточный

v

Элеватор

v

Конвейер ленточный

v

Сито- бурат

v

Конвейер ленточный

v

Расходные бункера ДСЛ

v

Сборочный конвейер

Полевой шпат из емкости запаса подается мостовым грейферным краном в приемный бункер, закрытый металлической решеткой с ячейками не более 100х100 мм. Из приемного бункера по ленточному конвейеру и элеватору ковшевому полевой шпат подается на сито- бурат для просеивания через сетку № 07. При необходимости сушки полевой шпат из приемного бункера ленточным конвейером подается в сушильный барабан. Температура газовой среды в зоне сушильного барабана допускается не более 400 ^о С. Температура отходящих газов не более 60 ^оС. Влажность после сушки не более 0,2 %. После сушки полевой шпат также просеивают через сито-бурат. Просеянный полевой шпат по ленточному конвейеру поступает в расходные бункера весовой линии.

Схема подготовки сульфата натрия.

Склад сырьевых материалов

v

Бункер приемный

v

Конвейер ленточный

v

Элеватор ковшевой

v

Грохот вибрационный

v

Бункер промежуточный

v

Насос пневмокамерный

v

Пневмопровод

v

Циклон-разгружатель

v

Расходные бункера ДСЛ

v

Сборочный конвейер

Сульфат натрия мостовым грейферным краном подается в приемный бункер, закрытый металлической решеткой с ячейками не более 100х100 мм. Из приемного бункера по ленточному конвейеру сульфат натрия элеватором ковшевым подается на грохот вибрационный для просеивания через сетку № 1,6 затем в промежуточный бункер. Просеянный материал из промежуточного бункера с помощью пневмокамерного насоса транспортируется по пневмопроводу в дозировочно-смесительное отделение, где разгружается через циклон-разгружатель в расходный бункер.

Схема подготовки шихты

Расходные бункера

v

Дозаторы весовых линий

v

Конвейер сборочный

v

Смесители

v

Элеватор

v

Расходный бункер

v

Вагонетки

v

Стекловаренная печь

Подготовленные сырьевые материалы из расходных бункеров поступают в дозаторы (весы). Фактические массы загруженной и выгруженной доз материала фиксируются измерительным устройством. Дозирование производится согласно рецепту шихты. Взвешенные дозы компонентов поступают на сборочный конвейер и затем в смеситель. В смесителе осуществляется усреднение, и увлажнение компонентов по заданным технологическим параметрам в результате образуется однородная смесь, называемая шихтой. Шихта должна быть однородной, с влажностью 4,5± 5,0 %. Готовая шихта из смесителя элеватором подается в расходный бункер, затем в вагонетку для транспортировки в цех производства гранулята. Варка стекломассы производится в ванной регенеративной стекловаренной печи с подковообразным направлением пламени при температуре 1550 - 1580?С. Здесь шихта превращаясь в расплав проходит пять стадий стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление (дегазация), гомогенизация (усреднение), студка (охлаждение).

В данном случае гомогенизировать и осветлять стекломассу необязательно.

На стадии охлаждения стекломассы должна приобрести температурную однородность вырабатываемой объеме.

Опыт эксплуатации различных по конструкции и принципу работы технологических линий показал, что наиболее рентабельным и обеспечивающим выпуск продукции высокого качества являются установки для двухстадийного способа производства пеностекла, при котором вспенивание блоков и их отжиг производятся в самостоятельных тепловых агрегатах печи вспенивания и печи отжига.

В данном проекте принимаем производство организуется по порошковому двухстадийному способу, который включает процессы варки стеклогранулята, подготовки пенообразующей шихты, ее вспенивания, отжига пеноблоков, их механической обработки и осуществляется по следующей технологической схеме.

2.4 Расчет материального баланса

Технологический процесс производства изделий из пеностекла может быть представлен как совокупность операций, совершаемых над исходными компонентами с целью обеспечения требуемого качества продукции. В ходе перемещения исходных сырьевых материалов по стадиям технологического процесса и воздействия на него различных факторов возникают потери массы перерабатываемых материалов, полуфабрикатов и готовой продукции. Различают безвозвратные и технологические потери, которые могут быть возвращены в технологический цикл. Нормы пооперационных потерь являются планированными и отражают уровень эффективного производства.

Расчет выполнен по следующим формулам:

Количество теряемого продукта

R_j = H_j-₁ P_j/(100-P_j), (2.1)

где H_j- количество перерабатываемого материала на j-ой операции, т; P_j- пооперационные потери, %.

Количество потребляемого материала с учетом потерь:

H_i=H_i-₁+R_i (2.2)

Годовой выпуск товарной продукции в натуральном выражении:

Н₀=75000 м³·150 кг/м³= 11250000 кг/год=11250 т/год

Таблица 2.8 - Пооперационные потери по стадиям производства

Номер операции	Наименование операции	Номер потерь Pj %	Возвратные потери Bj %	Адреса возвратов
1	Склад готовой продукции	0,2	0	-
2	Контроль и механическая обработка	0,4	0	-
3	Транспортирование пеностекла на механическую обработку	0,2	0	-
4	Отжиг пеностекла	2,0	0	-
5	Вспенивание шихты	0,5	0	-
6	Транспортирование и дозирование шихты	0,2	0	-
7	Помол шихты и смешивание шихты	0,2	0	-
8	Дозирование компонентов шихты	0,2	0	-
9	Обработка, хранение и транспортировка сырьевых материалов	0,4	0	-

Склад готовой продукции:

R₁=H₀·P₁/(100-P₁₎

R₁=11250·0,2/(100-0,2)=22,54 т

H₁= H₀+ R₁

H₁=11250+22,54=11272,54 т

Контроль и механическая обработка:

R₂= H₁·P₂/(100- P₂)

R₂=11272,54 ·0,4/(100-0,4)=45,27 т

H₂= H₁+ R₂

H₂=11272,54 +45,27 =11317,81 т

Транспортирование пеностекла на механическую обработку:

R₃= H₂·P₃/(100- P₃)

R₃=11317,81 ·0,2/(100-0,2)=22,68 т

H₃= H₂+ R₃

H₃=11317,81 +22,68 =11340,49 т

Отжиг пеностекла:

R₄= H₃·P₄/(100- P₄)

R₄=11340,49 ·2,0/(100-2,00)=231,44 т

H₄=H₃+ R₄

H₄=11340,49 +231,44 =11571,93 т

Вспенивание шихты:

R₅= H₄·P₅/(100- P₅)

R₅=11571,93 ·0,5/(100-0,5)=58,15 т

H₅=H₄+ R₅

H₅=11571,93 +58,15=11630,08 т

Количество технологических потерь массы материала:

T=?R_i

T=22,54 +45,27 +22,68 +231,44 +58,15 =380,08т

Транспортирование и дозирование шихты:

R₆= H₅·P₆/(100- P₆)

R₆=11630,08 ·0,2/(100-0,2)=23,31 т

H₆= H₅+ R₆

H₆=11630,08 +23,31 =11676,7 т

Помол и смешивание шихты:

R₇= H₆·P₇/(100- P₇)

R₇=11676,7·0,2/(100-0,2)=23,4 т

H₇= H₆+ R₇

H₇=11676,7+23,4 =11700,1 т

Дозирование компонентов шихты:

Для получения пеностекольной шихты 11700,1 т готовится премикс, который содержит 14,7 % от общей массы гранулята и весь газообразователь в количестве 0,3 %. Общая масса премикса составляет 11700,1·0,15=1755,01т. Содержание стеклогранулята в количестве «черной смеси» составит 11700,1·0,147=1719,91 т. Содержание газообразователя в количестве «черной смеси» составит 11700,1·0,3=35,1 т. Количество стеклогранулята для получения пенообразующей шихты 11700,1·0,85=9945,08 т.

R₈= H₇·P₈/(100- P₈)

R₈=11700,1 ·0,2/(100-0,2)=23,45 т

H₈= H₇+ R₈

H₈=11700,1 +23,45 =11723,55 т

Технический углерод ( в виде сажи) составит от всей массы: 11700,1 ·0,003=35,1 т

Гранулят соответственно - 9945,08 +1719,91 =11664,99 т

Обработка, хранение и транспортировка сырьевых материалов:

для гранулята

R₉= H₈·P₉/(100- P₉)

R₉=11723,55 ·0,4/(100-0,4)=47,08 т

Потребное количество гранулята:

H₉= H₈+ R₉

H₉=11723,55 +47,08=11770,63 т

для газообразователя:

R₉= H₈·P₉/(100- P₉)

R₉= 35,1 ·0,2/(100-0,2)=0,007 т



Потребное количество газообразователя:

H₉= H₈+ R₉

H₉= 35,1 +0,00703=35,17 т

Материальный баланс производства пеностекла приведен в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Проверка материального баланса

Масса материала, т	Масса готовой продукции и отходов, т
Гранулят - 11770,63 Технический углерод (в виде сажи) - 35,17	Готовая продукция - 11250 Потери технологические - 497,327 Угар - 58,15
Итого - 11805,8	Итого - 11805,477

Проверка: (11805,8-11805,477 )/11805,8·100 %=0,003 % Расчет верен.

Пооперационные потери приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Пооперационные потери

Номер операции	Наименование операции	Номер потерь Pj %	Возвратные потери Bj %	Адреса возвратов
1	Расходный бункер гранулята	0,5	-	-
2	Транспортировка гранулята	0,5	-	-
3	Грануляция	0,5	-	-
4	Варка гранулята	16,68	-	-
5	Подготовка и транспортировка шихты для производства гранулята	0,5	-	-

H₀=11770,63т

Хранение гранулята

R₁=H₀·P₁/(100-P₁)

R₁=11770,63·0,5/ (100-0,5)=59,15 т

H₁= H₀+ R₁

H₁=11770,63+59,15 =11829,78 т

Транспортировка гранулята

R₂= H₁·P₂/(100- P₂)

R₂=11829,78 ·0,5/(100-0,5)=59,45 т

H₂= H₁+ R₂

H₂=11829,78 +59,45 =11889,23 т

Грануляция

R₃= H₂·P₃/(100- P₃)

R₃=11889,23 ·0,5 /(100-0,5)=59,74 т

H₃=H₂+ R₃

H₃=11889,23 +59,74 =11948,97 т

Варка гранулята

R₄= H₃·P₄/(100- P₄)

R₄=11948,97 ·16,68/(100-16,68)=2392,09 т

Необходимое количество шихты для выполнения программы

H₄=H₃+ R₄

H₄=11948,97 +2392,09 =14341,06 т

Подготовка и транспортировка шихты для производства гранулята

R₅= H₄·P₅/(100- P₅)

R₅=14341,06 ·0,5/(100-0,5)=72,06 т

H₅=H₄+ R₅

H₅=14341,06 +72,06 =14413,12 т

Количество технологических потерь массы материала:

T=?R_i

T=59,15+59,45+59,74+72,06 =250,4 т

Материальный баланс приведен в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Материальный баланс

Масса материала, поступающего в печь, т	Масса готовой продукции и отходов, т
Шихта - 14413,12	Готовая продукция - 11770,63 Потери технологические - 250,4 Угар - 2392,09
Итого - 14413,12	Итого - 14413,12

Потребность в сырьевых материалах приведена в таблице 2.12.

Таблица 2.12 - Движение материалов по технологическим операциям

Наименование операции	Годовая потребность,т	Суточное потребление,т	Сменная потребность,т	Часовая потреность, т
1	2	3	4	5
1. Подготовка и транспортировка шихты	14413,12	41,7	13,9	1,7377
2. Варка гранулята	14341,06	41,5	13,8	1,7290
3. Грануляция	11948,97	34,57	11,52	1,4406
6. Транспортировка гранулята	11889,23	34,40	11,47	1,4334
7. Хранение грану-лята	11829,78	34,23	11,41	1,4262
8. Обработка и хранение компонентов пенообразующей шихты гранулят технический углерод (в виде сажи)	11770,63 35,17	34,06 0,102	11,35 0,034	1,4191 0,0042
9.Дозирование компонентов гранулят технический углерод (в виде сажи)	11664,99 35,1	33,75 0,102	11,25 0,034	1,4063 0,0042
10. Помол и смешивание шихты	11700,1	33,85	11,28	1,4106
1	2	3	4	5
11. Транспортировка и дозирование шихты	11676,7	33,79	11,26	1,4078
12. Вспенивание шихты	11630,08	33,65	11,22	1,4021
13. Отжиг	11571,93	33,48	11,16	1,3951
14. Транспортировка на механическую обработку	11340,49	32,81	10,94	1,3672
15. Контроль и механическая обработка	11317,81	32,75	10,92	1,3645
16. Склад готовой продукции	11272,54	32,62	10,87	1,3591

2.5 Расчет и подбор оборудования

Расчет и подбор оборудования для транспортировки шихты

Ковшовый элеватор

Производительность 33,79/сут, высота подъема 7 м.

Определяем количество ковшевых элеваторов для подачи пенообразующей шихты исходя из производительности 33,79/сут.

Выбираем быстроходный элеватор типа М с центробежной разгрузкой, тип ковша - мелкий, ц=0,6; скорость ленты - 1,5 м/с.

Определяем погонную вместимость ковшей:



i_n=Q/3,6·ц·с·v

i_n=33,79/24·3,6·0,6·1,5·1=0,43 л/м

Выбираем ковш вместимостью 0,1 л; шаг ковшей 200 мм, ширина ковша В_К=100 мм, ширина ленты В_Л=125 мм. Обозначение ЛМ - 100. Выбираем ленту общего назначения типа 3, класс прочности В с тремя тяговыми прокладками ВКНЛ - 65. Максимально допустимая нагрузка К_Р=6 Н/мм.

Определяем погонную массу груза:

q=Q/3,6·v

q=1,4078/3,6·1,75=0,22 кг/м³

Определим толщину конвейерной ленты:

д=3·1,15+3=6,45 мм, при

д_п.m=1,15; д_п.з=0; д_р=3 мм; д_н=0

Определяем погонную массу ленты:

q_л= с·В·д

q_л=1000·0,125·0,00645=0,81 кг/м³

Погонная масса ковшей определяется:

q_ков=m_ков·1,14/t_k

q_ков=0,7·1,14/0,4=1,995 кг

Определяем погонную массу ходовой части конвейера



q_х.ков= q_ков+ q_л

q_к=1,995+0,81=2,8 кг/м

Сопротивление зачерпываемого груза равно:

F_зач=q·g·K_зач

Применяем K_зач=3

F_зач=0,21·9,8·3=6,17 Н

Определяем мощность на приводном валу:

Р=0,0027·Q_p·H·(1+F_з/H)

P=0,0027·1,4078·7(1+3/7)=0,038 кВт

Окружное усилие на приводном барабане:

F₀=1000·P/ v

F₀=1000·0,038 /1,5=25,3 H

Максимальное усилие в ленте равно:

F_max= F₀·e^fб/ e^fб-1

Принимаем f=0,1; б=180?; e^fб=1,37

F_max=25,3·1,37/1,37-1= 49,5 H



Ленточный конвейер

Определяем ширину конвейерной ленты для транспортировки шихты для получения гранулята:

(2.9)

где v - скорость ленты, м/с; Q - производительность, т/ч; К принимаем равным 550

.

Принимаем ширину 650 мм

Погонная нагрузка от массы ленты равна:

q_п=с_л·В·д ; (2.10)

где с_л - плотность ленты, принимаем 1100 кг/м³;

д=z· д_пп+д_р+д_л

д=3(1,2+2+1)=6,6 м

q_п=1100·0,65·0,0066=4,72кг/м

Принимаем диаметр роликов роликоопорной рабочей ветви d_p=63 мм

Погонная нагрузка от массы груза на конвейер определяется:

q=Q/3,6· Э

q=1,737/(3,6·1,25)=0,386 кг/м



Погонная масса вращающихся частей роликов рабочей ветви q_к =10,2кг/м, холостой ветви q_к =4,4 кг/м

Погонная нагрузка от движущихся частей конвейера определяется:

q_к=q_к+q_к

q_k=10,2+4,4=14,6 кг/м

Определяем силу тягового конвейера:

F₀=[w·L_гор(q+q_k)+g·K] ·g·K_k+F_пр, (2.11)

где w - коэффициент сопротивления, принимаем равным 0,06

L_гор=L_н·cosв+L_г

L_гор=3,8·cos8,2+43,5=47,3 м

Н - высота подъема груза, м

К_к=К₁ ·К₂ ·К₃ ·К₄ ·К₅

К_к=1,2·1,06·1·1,06·1=1,3

F₀=[0,06·47,3·(0,386+14,6)+0,386·10] ·9,8·1,35=613,7 Н

Определяем максимальное статическое натяжение ленты

F_max= К₃· F₀

F_max=1,3·613,7=797,86 Н

Проверим минимальное число тяговых прокладок z_min=2,3

Определяем мощность двигателя для привода конвейера:

N= К₃ ·P₀/з

N=1,3·20,9/0,96=28,3 кВт



Определяем ширину конвейерной ленты для транспортировки гранулята

(2.12)

где v - скорость ленты, м/с; Q - производительность, т/ч; К принимаем равным 550.

Принимаем ширину 550 мм

Выбираем ленту теплостойкую типа 3, класса прочности В с тремя тяговыми прокладками (z=3). Прочность 100 Н/мм из ткани ТК - 100. Ткань капроновая, допустимая нагрузка 12 Н/мм, с толщиной резиновой обкладки рабочей поверхности д_раб=2мм, не рабочей - 1 мм.

Погонная нагрузка от массы ленты равна:

q_п= с_л·В· д,

где

с_л - плотность ленты, принимаем 1100 кг/м³;

д=z· д_пп+д_р+д_л

д=3(1,2+2+1)=6,6 м

q_п=1100·0,55·0,0066=4,0кг/м

Принимаем диаметр роликов роликоопорной рабочей ветви d_p=63 мм

Погонная нагрузка от массы груза на конвейер определяется:

q=Q/3,6· Э

q=1,4334/3,6·1,25=0,318 кг/м

Погонная масса вращающихся частей роликов рабочей ветви q_к =10,2кг/м, холостой ветви q_р =4,4 кг/м

Погонная нагрузка от движущихся частей конвейера определяется:

q_к= q_к+ q_р

q_k=10,2+4,4=14,6 кг/м

Определяем силу тягового конвейера:

F₀=[w·L_гор(q+q_k)+g·K] ·g·K_k+F_пр, (2.13)

где w - коэффициент сопротивления, принимаем равным 0,06

L_гор=L_н·cosв+L_г

L_гор=3,8·cos8,2+43,5=47,3 м

Н - высота подъема груза, м

К_к=К₁ ·К₂ ·К₃ ·К₄ ·К₅

К_к=1,2·1,06·1·1,06·1=1,3

F₀=[0,06·47,3·(0,318+14,6)+0,318·10] ·9,8·1,35=602,21 Н

Определяем максимальное статическое натяжение ленты

F_max= К₃· F₀

F_max=1,3·602,21 =782,878 Н

Проверим минимальное число тяговых прокладок z_min=2,3

Определяем мощность двигателя для привода конвейера:

N= К₃ ·P₀/з

N=1,1·20,83/0,96=40,95 кВт

Расчет бункера.

Расходный бункер для хранения шихты

Суточный расход шихты 33,79т/сут

Выбираем квадратного типа бункера, так как шихта способна слеживаться.

Определяем объем бункера:

V=G·ф/г_м•ш, м³, (2.14)

где G - часовой расход материала, кг/час; г_м - объемный вес материала, кг/м³; ф - срок хранения; ш - коэффициент заполнения.

V=1,4078·4/1000·0,9=6,26 м³

Определяем количество бункеров:

N= Vпр/ V =6,26 /2,2=2,30=3 (2.15)

где Vпр - объем шихты, м³; V - объем бункера, м³.

Принимаем для хранения шихты 3 бункера.

Определяем высоту пирамидальной части бункера (h):

h/k=tgб;

k=(a-b)/2

Принимаем b=0,4 м, а=3,0 м



k=(3-0,4)/2=1,3 м

h=k·tgб

h=1,3·tg55=1,66 м

Определяем высоту H:

V_пир=2,2/3(3²+3·0,4+0,4²)=7,597 м³

V_призмы=V-V_пир

V_призмы=8,74-7,597=1,143 м³

H= V_призмы/а²=0,7 м

H_общ=1,66+0,7=2,36 м

Суточный расход стеклогранулята 34,06т/сут

Выбираем квадратного типа бункера.

Определяем объем бункера:

V=G·ф/г_м•ш; (2.16)

где G - часовой расход материала, кг/ч; г_м - объемный вес материала, кг/м³; ф - срок хранения; ш - коэффициент заполнения.

V=1,419·4/1000·0,9=6,31 м³

Определяем количество бункеров для хранения стеклогранулята:

N= Vпр/ V =6,31/2,2=2,87=3

где Vпр - объем шихты, м³; V - объем бункера, м³.

Принимаем для хранения стеклогранулята 3 бункера.

Определяем высоту пирамидальной части бункера (h):

h/k=tgб;

k=(a-b)/2

Принимаем b=0,4 м, а=3,0 м

k=(3-0,4)/2=1,3 м

h=k·tgб

h=1,3·tg55=1,66 м

Определяем высоту H:

V_пир=2,2/3(3²+3·0,4+0,4²)=7,597 м³

V_призмы=V-V_пир

V_призмы=8,74-7,597=1,143 м³

H= V_призмы/а²=0,7 м

H_общ=1,66+0,7=2,36 м

Выбор оборудования для тепловой обработки шихты

Расчет количества печей для вспенивания.

Определяем емкость печи вспенивания:

G = L /?₁· G₁, (2.17)

где L - длина печи вспенивания, м; ?₁- длина печи одной формы, м; G₁- емкость одной формы, т.

Тогда

G =42/0,52·(3·0,52·0,62·0,14)=10,93 м³

Производительность печи выпускаемой продукции м³ в час:

Р= G/ ф, (2.18)

где ф- цикл вспенивания, час.

Отсюда,

Р=10,93/4=2,73 м³/час.

Суточная производительность печи 2,73·24=65,62 м³/сут.

Годовая производительность одной печи вспенивания 65,62·365=24057 м³/год.

Необходимое количество печей вспенивания:

N=75000/24057=3,12

Для реализации годового выпуска 75000 м³/год необходимо три печи вспенивания.

Печь вспенивания с производительностью 23951,3 м³/год имеет следующие габариты: длина - 42,0 м; ширина - 3,8 м; ширина рабочего пространства - 2,1 м. Движение форм по печи вспенивание осуществляется по рольгангу. Валки, выполнены из специального материала, который способен выдерживать температуру в печи. Печь отапливается природным газом и оснащена 16 горелками среднего давления.

Расчет количества печей для отжига пеностекла.

Определяем емкость печи отжига:

G = L /?₁· G₁,

Тогда,

G =43/0,52·0,541632= 44,79 м³

Производительность печи отжига:

Р=44,79/13,86=3,23 м³/час.

Суточная производительность одной печи 24·3,23=77 м³/сут.

Годовая производительность одной печи вспенивания77·365=28308 м³/год.

Необходимое количество печей отжига:

N=75000/28308=2,65=3

Принимаем к установке 3 печи для отжига пеностекла.

Печь отжига характеризуется следующими габаритами: длина печи 43 м; ширина внутреннего пространства - 2,2м³. Печь отжига отапливается природным газом; оборудована 6 горелками среднего давления - 5 горелок по низу и одна по верху, в головной части.



3. Техника безопасности и охрана окружающей среды

Стекольная промышленность перерабатывает большое количество разнообразных твердых материалов, часть которых в процессе производства стекла попадает в виде различных отходов в окружающую среду. В процессе производства пеностекла решается множество экологических проблем и соблюдается экологическая безопасность. И все же при производстве стекла применяют множество мероприятий для снижения причиняемого вреда окружающей среде.

Очистка отходящих газов

Концентрация пыли в воздухе в составных цехах колеблется в широких пределах. Для уменьшения запыленности воздуха усовершенствуют технологию приготовления шихты, исключая пылящие компоненты и технологию варки стекла. Для очистки газов от пыли используют различные пылеочистительные системы.

Рекуперация стеклянного боя

Стеклянный бой по своему составу эквивалентен исходному сырью, поэтому может быть использован многократно в стекольном производстве, как добавка к шихте. Рекуперация стеклянного боя и стеклянной тары позволяет уменьшить объем отходов и сократить расход природных ресурсов, а также снизить расход энергии. При производстве пеностекла это широко используется.

Очистка сточных вод

Для удаления из воды взвешенных частиц применяют следующие методы: отстаивание, фильтрование, осветление, осадка и центробежные методы.

Для защиты окружающей среды необходимо провести следующий комплекс мероприятий:

1. Сокращать вредное воздействие предприятий на окружающую среду и уникальные природные комплексы путем снижения потерь ресурсов, удельного потребления энергии (повышения технологичности применяемого оборудования), объемов образования вредных выбросов, сбросов, отходов;

2. Минимизировать использование малоэффективных видов топлива (жидкого, твердого) и поэтапно снижать вовлечение в процессы производства стекла токсичных веществ, в том числе, соединений тяжелых металлов;

3. Развивать добровольную экологическую деятельность по поддержке естественного состояния экосистем его буферной зоны в зоне влияния заводов.

Экологическая деятельность стекольных заводов

Охрана окружающей среды при производстве стекла связана, прежде всего, с уменьшением выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от составных цехов, стекловаренных печей, участков обработки изделий: пыли, оксидов азота, серы, оксидов углерода, примесей оксидов различных металлов. Сокращению этих выбросов способствует использование топлив, в процессе сжигания которых образуется меньше загрязняющих веществ, а также применение усовершенствованных технологических процессов и оборудования.

Поэтому многие стекольные заводы переведены на использование природного газа. Газ является наиболее целесообразным с экологической точки зрения видом топлива. На единицу производимой энергии он оказывает наименьшее воздействие на окружающую среду, в особенности на воздух и хвойные леса.

Известно, что и сегодня удельное энергопотребление наших заводов заметно превышает энергопотребление европейских предприятий этого профиля. Такая ситуация обусловлена использованием технологического оборудования прошлых лет, а также потерями энергии. Тем не менее, некоторые заводы добиваются снижения удельного потребления топлива и сокращения воздействия на окружающую среду, регулируя процесс сгорания и подачу газа в печи. Так, на Гродненском стеклозаводе за последние три года удалось снизить удельное потребление газа на тонну съема стекломассы на 25%.

Переход на использование природного газа позволил также сократить воздействие на окружающую среду, обусловленное транспортировкой жидкого топлива, а также снизить риск возникновения аварийных ситуаций.

Технология производства пеностекла не имеет экологически опасных выбросов и сбросов, реализуется только в стационарных условиях.

Охрана труда и безопасность производства стекла

Стекольное производство отличается вовлечением в технологические процессы разнообразных химических веществ, многие из которых токсичны, высокими температурами стекловарения и формования стекла, использованием механических средств обработки изделий. Человек, участвующий в производстве стекла подвергается опасности. Для избежания и сокращения производственного травматизма и профессиональных заболеваний необходимо соблюдать и контролировать технику безопасности. Также опасности подвергаются и работники, участвующие в процессе производства пеностекла.

Многие заводы придерживаются концепции предотвращения производственного травматизма и профессиональной заболеваемости путем разработки, внедрения и требования неукоснительного соблюдения процедур обращения с токсичными веществами, сыпучими материалами, работы у стекловаренных печей, в цехах обработки готовых изделий.

К стекольным работам допускаются лица, прошедшие обучение, сдавшие экзамены квалификационной комиссии и получившие соответствующий разряд. Кроме специального обучения, каждый поступающий на работу независимо от производственного стажа должен получить вводный инструктаж по безопасным методам работ непосредственно на рабочем месте.

Повторение инструктажа обязательно при каждом переводе на другую работу или объект. Кроме того, стекольщики должны в течение 3 месяцев пройти обучение по технике безопасности по 6--10-часовой программе и получить соответствующее удостоверение.

Производственный травматизм на предприятии крайне незначителен. Ужесточены требования к соблюдению правил техники безопасности и использованию средств индивидуальной защиты.

На многих заводах для улучшения условий труда, предотвращения аварийных ситуаций и травматизма проводится комплекс мероприятий, т. к. улучшение освещения рабочих мест, обеспечение более рациональных схем движения персонала по цехам.

Техника безопасности при производстве стекольных работ предусматривает аккуратное обращение со стеклом. Переносить его следует в ящиках с вертикальным расположением листов. Нельзя переносить даже небольшие стекла, держа их перед собой.

При нарезании стекла обламывание стекол следует производить в очках, а обрезки складывать в отдельные ящики. Остатки стекол при их прирезании необходимо убирать.

Во время работы в жаркую погоду в жарких цехах может наступить перегрев организма. При этом появляется сильная головная боль, головокружение, шум в ушах, тошнота и даже может наступить обморок. Температура повышается до 38°С и выше. Способствовать перегреву тела может толстая, не пропускающая испарений и тепла, выделяемого телом, плотная одежда. Поэтому при работе нужно надевать светлую, легкую одежду. В первые дни работы в жарком цеху, пока организм не акклиматизировался, необходимо делать частые, но короткие перерывы в работе.

Администрация и мастер обязаны осуществлять постоянный надзор за ведением работ, использованием строительных механизмов, машин, электрифицированных и других инструментов с точки зрения безопасности; бороться с причинами производственного травматизма, укреплять производственную дисциплину, обеспечивать неуклонное выполнение правил техники безопасности, производственной санитарии и трудового законодательства; в срок и качественно выполнять предписания и указания технической, санитарной и пожарной инспекций.

Все производственные травмы, вызвавшие потерю трудоспособности более чем на один рабочий день, подлежат расследованию и регистрации. Мастер или производитель работ, узнавший о несчастном случае, должен немедленно сообщить об этом начальнику или главному инженеру строительного управления, директору предприятия, председателю постройкома или завкома, а затем вместе с инженером по технике безопасности и общественным инспектором в течение 24 ч расследовать причины, приведшие к несчастному случаю, и составить акт.

Руководители работ (мастера, производители работ) не должны допускать к работе лиц, не имеющих соответствующей спецодежды, спецобуви и средств индивидуальной защиты.



Заключение

В данном курсовом проекте рассматривалось производство пеностекла.

Произведен аналитический обзор литературы. Взвесив все минусы и плюсы, был выбран способ производства проектируемого вида изделий - двухстадийный.

Двухстадийный способ производства позволяет решать процесс вспенивания и отжига раздельно и применить для них действительно оптимальные условия производства.

В соответствии с современным состоянием техники двухстадийным способом может быть произведено действительно более качественное, чем одностадийным, пеностекло, прежде всего с более однородной структурой и более низким объемным весом.

Главным минусом является сложность конструктивных решений тех производственных узлов, которые сторонники одностадийного способа совершенно оправданно считают весьма трудными и с их точки зрения невыгодными. Прежде всего это относится к участку между печами для вспенивания и отжига, на котором блоки извлекаются из форм при относительно высоких рабочих температурах, а также к работе с горячими формами при их подготовке и новом наполнении.

Для расчета взят следующий состав стекла, масс%: SiO₂ - 72,1, Al₂O₃ - 2, CaO - 6,6, MgO - 4 , Na₂O - 14,8.

Рассчитан материальный баланс. В результате расчета было определено, что для производства 75000 м³ пеностекла необходимо 11805,8 тонн шихты.

Был осуществлен подбор технологического и теплотехнического оборудования. Выбрано три печи для вспенивания длиной 42 м, шириной - 3,8 м; ширина рабочего пространства - 2,1 м. Суточная производительность печи Суточная производительность печи 65,62 м³/сут.

В данном проекте, при производстве пеностекла принято три печи отжига со следующими габаритами: длина печи 43 м; ширина внутреннего пространства - 2,2м³. Суточная производительность одной печи 77 м³/сут.



Список использованных источников

1. Нагибин Г.Е., Кирко В.И., Колосова М.М., Резинкина О.А., Мазалова А.А., Помилуйков О.В. Научно- исследовательский физико-технический институт КГУ. Практика применения стеклопродукции // Стекло мира №4/2004

2. Орлов Д.Л., АО «ГИС». ОАО «Гомельстекло»: блоки теплоизоляционные из пеностекла // Стекло мира №2/2003

3. Химическая технология стекла и ситалов: Учебник для вузов/М.В.Артамонова, М.С. Асланова, И.М. Бужинский и др.; Под ред. Н.М. Павлушкина - М., 1983.

4. Демидович В.К. Пеностекло. Минск, 1975.

5. . Евгений Сосунов, начальник сектора теплоизоляционных материалов ОАО «Гомельстекло». Динамика развития производства и темпы реализации белорусского пеностекла».

6. Шилл Ф. Пеностекло. М., 1965.

7. Маневич В.Е. Сырьевые материалы, шихта и стекловарение, 2008.

8. Тижовка В. В., Дащинский Л. Г. Технологические расчеты по курсовому и дипломному проектированию стекольных заводов. БГТУ: 1997

9. Журавлев Г.И. Химия и технология термостойких неорганических покрытий. Л., 1975.

10. www.gomelglass.by