Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

• Введение
• 1. Характеристика выпускаемой продукции
• 2. Подбор сырьевых материалов
• 3. Составление технологической схемы производства
• 3.1 Способы получения ячеистой структуры
• 3.2 Одностадийный и двустадийный способы производства пеностекла
• 3.3 Описание подготовки сырьевых материалов
• 3.4 Технологическая схема производства пеностекла порошковым способом (двустадийный процесс)
• 3.5 Описание технологической схемы производства пеностекла порошковым способом
• 3.6 Физико-химические основы получения пеностекла порошковым способом
• 4. Технологический раздел
• 4.1 Расчет шихты
• Заключение
• Список используемой литературы
• Введение
• Такой материал как пеностекло, являющийся теплоизоляционным материалом, обладает множествами преимуществ по сравнению с другими материалами данной группы, и благодаря своим особенностям является очень эффективным и перспективным материалом в строительстве.
• Если лаконично охарактеризовать место пеностекла на рынке современных строительных материалов, уместно отметить: оно уникально, универсально и обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими теплоизоляторами.
• Изучая вопросы зарубежного применения пеностекла в качестве теплоизолятора, следует отметить, что в Европейском Союзе оно является признанным и одним из самых эффективных теплозащитных строительных материалов и не имеет каких бы то ни было ограничений и является общепризнанным строительным теплоизоляционным материалом.
• Впервые в мире о пеностекле как о строительном материале упомянул в своем докладе академик И.И. Китайгородский на Всесоюзной конференции по стандартизации и производству новых материалов в Москве в 1932 году. Вскоре в СССР была предложена технология и намечены области применения пеностекла. Позже этот материал (по разным причинам) «был забыт». [5]
• В настоящее время интерес к производству и использованию пеностекла снова возрос. Об этом говорит большое количество статей в периодической научно-технической литературе, повышение количества диссертаций по этой тематике. [9]
• В СНГ в настоящее время пеностекло (в виде плит, гранул, гравия) производится в Беларуси («Гомельстекло»), Украине (Запорожский ЗТИМ, Шосткинский ЗТИМ), России («Пеноситалл» (Пермь), совхоз «Лузинский» (Омская обл.), СТЭС-Владимир, «Пеностек» (Московская и Ярославская обл.), «Дизайн» (г. Чебоксары), в г. Инза («Пенодиатомит»), «Сибвари» (г. Томск) и др. строится и проектируется еще ряд мощностей) в объеме около 260 тыс. куб. м./год и за рубежом (Австрия, Бельгия, США, Китай). Это - капля в море, т.к. потребность в России в теплоизоляционных материалах составляет не менее 70 млн. /год, в т.ч. - в пеностекле - не менее 5,5 /год, в Молдове (пропорционально численности населения) - не менее 2,2 млн. /год/0,2 млн. /год! [2]
• Причиной незначительного (пока) применения пеностекла является его относительно высокая цена (импортные Западно-Европейские плиты приблизительно равны 750$/) в связи с дискретностью технологии, и массовым предложением дешевых (но опасных) конкурентов - пенопластов, волокнистых материалов.
• Вместе с тем в СНГ наблюдается устойчиво растущий и повышенный интерес к пеностеклу, о чем свидетельствуют выставки «Мир стекла-2009 и 2010» в Москве, фуррор Гомельского пеностекла на строительной выставке 2009 г. В Кишиневе. [2]
• На данный момент, на кафедре химической технологии стекла и стеклокристаллических материалов БГТУ им. В.Г. Шухова изучается вопрос повышения вспенивающей способности пенообразующих смесей, а именно повышение окислительно-восстановительного потенциала пенообразующей смеси путем добавки в смеси оксидов переменной валентности. Применение таких добавок позволит улучшить качество получаемого материала.
• Новый способ производства пеностекла предложен доцентами кафедры Онищуком В.И. и Жерновой Н.Ф. Разработанный способ базируется на направленной поризации высококонцентрированной стекольной суспензии (ВСС), фиксации структуры за счет вяжущих свойств ВСС и существенного увеличения предела прочности композиции путем дополнительной температурной обработки. [9]
• Проскуриным С.А. разработано программное обеспечение (расчетные методы и алгоритмы) для оценки кристаллизационной способности ситалловых и промышленных стекол.
• Диссертационная работа Алексеева С.В. посвящена повышению качества продукции и снижению энергозатрат при производстве пеностекла путем совершенствования режима отжига на основе математического моделирования процесса его термообработки. [9]
• В России сегодня установлена возможность получения стекловидных материалов как с использованием в качестве наполнителей, так и на основе горных пород и отходов их обработки.
• Важным преимуществом пеностекла по сравнению с некоторыми природными и изоляционными материалами является его неорганический состав. Благодаря этому оно устойчиво против гнили, микроорганизмов, действия высоких температур, кислот щелочей. [8]
• В настоящее время пеностекло нашло различные области применения в строительстве и технике. Свойства пеностекла позволяют применять этот материал достаточно широко. Основная сфера использования пеностекла - создание тепло- и звукоизоляции. В качестве теплоизолятора оно может использоваться в промышленном, строительном и жилищно-коммунальном комплексах, а также в сельском хозяйстве и индивидуальном строительстве (где помимо теплоизолирующих немаловажную роль играет и его экологическая чистота).
• Каждый вид пеностекла имеет свои приоритетные области применения. Блочное пеностекло используется для утепления и звукоизоляции наружных стен зданий, внутренних перекрытий, утепления фундаментов, теплоизоляции печей и трубопроводов. Гранулированное пеностекло используется преимущественно для утепления кровли и чердачных перекрытий, а также в качестве засыпного материала для стен. Кроме того, низкая плотность в сочетании с высокими теплоизолирующими свойствами, позволяет использовать гранулированное пеностекло как наполнитель для легковесных панелей, легких бетонов, сухих строительных смесей и теплоизоляционной штукатурки, а благодаря высокой морозоустойчивости, - как теплоизолоизолирующий слой дорожного полотна.
• Существующие технологии позволяют выпускать пеностекло различной фактуры и цвета, что позволяет использовать его и в качестве облицовочного материала.

1. Характеристика выпускаемой продукции

Пеностекло представляет собой отвердевшую стекольную пену, изделия из неё могут быть в виде гранул, гравия, щебня, плит, скорлуп и др. Природным аналогом его является пемза (частично). Поры в стекловидном (или стеклокерамическом) теле могут сообщаться или нет. Плотность пеностекла в зависимости от технологического режима может варьироваться от 25 до 600 кг/м³, температура применения материала колеблется от -100 С до +450 С. [2]

Пеностекло не горит, в воде не тонет, долговечно, морозо- и теплоустойчиво, его не разрушают грызуны. Пеностекло легко обрабатывается, пилится ножовкой, крепится практически любыми строительными растворами. [2]

Рассматривая более подробно свойства и преимущества пеностекла, как эффективного теплоизоляционного материала, следует особенно выделить следующие параметры и характеристики где этот материал, фактически, не имеет себе равных и обладает значительными преимуществами.

Таблица 1.1 - Свойства и области применения пеностекла [5]

Характеристика	Области применения пеностекла
Низкая теплопроводность	· теплоизоляция в промышленном и гражданском строительстве, снижает расход стройматериалов, уменьшает толщину стен, повышает надежность и долговечность дорожного покрытия; · использование для термоизоляции трубопроводов и газопроводов
Низкая плотность материала при высокой прочности	· снижает нагрузку на фундамент и позволяет строить даже на слабых грунтах; · надстройка верхних этажей зданий; · незаменимо для теплоизоляции перекрытий, кровель, полов; · гранулят-незаменимый наполнитель для прочных легковесных панелей; · позволяет изготавливать понтонные и иные плавучие конструкции
Негорючесть	· возможность теплоизоляции в высотном строительстве; · создание огнепреградительных конструкций; · использование для изоляции трубопроводов и иного оборудования, работающего при температурах до 600? С
Отличные монтажно-конструкционные свойства	· в отличие от традиционных теплоизоляционных материалов (газобетон, пенопласты), хорошо сочетается с алюмосиликатными вяжущими (цементные, известково-цементные растворы); · легко обрабатывается режущими инструментами: сверлится, прибивается гвоздями, клеится
Химически инертен, высокая коррозионная устойчивость	· изготовление многоразовой изоляции; · время эксплуатации практически не ограничено; · безусадочность (долговременная стабильность размеров); · применим для строительства резервуаров и трубопроводов для кислот и нефтепродуктов; · эффективен для защиты зернохранилищ, хозяйственных и жилых помещений, т.к. не разрушается грызунами и насекомыми
Экологическая безопасность	· применим для любых видов строительства, в том числе в пищевой и фармацевтической промышленности

Недостатками пеностекла являются:

· дорогостоящее производство;

· больший вес по сравнению с другими видами теплоизоляционных материалов (ввиду высокой плотности пеностекла);

· нестойкость к ударным воздействиям - так как пеностекло состоит из стекла, то всегда существует опасность разбить его;

· для изготовления скорлуп или блоков требуется дополнительное оборудование, что ведет к увеличению стоимости блочного пеностекла;

· нецелесообразность использования пеностекла в малоэтажном строительстве, так как, в среднем, через 50 лет требуется реконструкция здания и часто уместнее применять более дешевые и удобные в монтаже традиционные материалы.

Согласно предложенной Б.К. Демидовичем классификации пеностекло бывает следующих видов: [3]

- строительное

- влагозащитное

- декоративное (облицовочное)

- гранулированное

Назначением строительного стекла является утепление стен и перекрытий жилых, общественных и промышленных зданий. Теплоизоляция горячих поверхностей и тепловых агрегатов: печей, сушилок, автоклавов, реакционных колон и др. Этот материал имеет преимущественно замкнутую пористость с ячейками средних размеров. Водопоглощение не более 10 % объема, объемная масса 150-350 кг/. Температура применения: при отрицательных с обязательной гидроизоляцией до -50? С, при положительных до +500? С.

Назначение влагозащитного пеностекла в тепловой изоляции объектов, работающих при знакопеременных температурах и условиях повышенной влажности, в изоляции объектов глубокого холода, теплоизоляции технических транспортных средств. Такое пеностекло обладает замкнутой мелкопористой структурой с водопоглощением не более 10 %, в основном с поверхности, объемная масса 140-200 кг/, прочность на сжатие 5-2,5 МПа. Температура применения: от -200 до +500 С.

Декоративное стекло отличается тем, что оно окрашивается в объеме или с поверхности введением в его состав обычно применяемых в стеклоделии красителей. Применяется для внутренней и наружной облицовки жилых зданий и помещений общественного и специального назначения, сочетающая одновременно и их теплоизоляцию. У таких материалов преимущественно замкнутая пористость с ячейками средних размеров. Водопоглощение не более 10 % объема, объемная масса 150-350 кг/. Температура применения: при отрицательных с обязательной гидроизоляцией до -50 С, при положительных до +500? С.

Назначением гранулированного стекла является тепловая изоляция поверхностей со сложной конфигурацией, устройство теплоизоляционных засыпок. Высокопрочные гранулы применяются для изготовления легких бетонов и облегченных конструкций. Для такого пеностекла характерны замкнутая пористость с начисляем на поверхности оплавленной корки, обладающей, однако, высокой адгезией, объемная масса 80-200 кг/, водопоглощение не более 5%.Температура применения: от-180 до+600С. [8]

2. Подбор сырьевых материалов

Для производства пеностекла используют стекломассу, сваренную из следующих исходных материалов: кварцевого песка, полевого шпата, мела, доломита, соды и сульфата натрия. [8]

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.

Известно, что стекла, применяемые для производства пеностекла, должны иметь вязкость при температурах вспенивания порядка У тарного и бутылочного стекла такая вязкость достигается в интервале температур 800-850 , что согласуется с температурами максимального газообразования при использовании в качестве вспенивателя такого компонента как углерод. [1]

Требования к химическому составу сырьевых материалов предъявляются согласно соответствующим нормативным документам и приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - 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%

Таблица 2.2 - Химический состав сырьевых материалов

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

Решающую роль в процессе порообразования играет не только стекломасса, но и в значительной степени газообразователь.

Таблица 2.3 - Характеристика газообразователей для пеностекла [6]

Газообразователь	Температура спекания, ? С	Количество газообразователя, %	Цвет пеностекла
Пиролюзит	680-720	3-5	фиолетовый
Азотнокислый натрий	720	3-5	белый, серый
Известняк, мрамор	760-775	0,5-0,1	белый
Карбид кальция	750-760	1-1,5	белый
Антрацит	770-780	2-3	табачно-желтый до темно-серого
Кокс	790-800	2-2	коричневый до черного
Графит	850 и выше	1-2	серый, черный
Карбид кремния	850 и выше	1-3	серый

3. Составление технологической схемы производства

3.1 Способы получения ячеистой структуры

Ячеистую структуру стекла можно получать различными способами:

1) Порошковым, при котором стекольный порошок с добавлением в него газообразователей при нагреве размягчается и вспучивается, в результате чего образуется ячеистая структура и изделию придается конфигурация формы, в которой проводится вспенивание.

2) Холодным, основанном на спекании предварительно отформованных из вспененных масс изделий. Вспенивание массы происходит на холоде при введении парообразователя (1-2 % раствора мыльного корня) и стабилизатора (4%-го жидкого стекла).

3) Вспучиванием в стекловаренной печи или в специальном аппарате стекломассы, находящейся в вязком пластичном состоянии, при одновременном газовыделении тонкоизмельченного газообразователя.

4) Продуванием стекольного расплава воздухом или газами.

5) Вспучиванием размягченного стекла под вакуумом в результате возникающего при этом расширения пузырьков воздуха, содержащихся в стекломассе.[8]

3.2 Одностадийный и двустадийный способы производства пеностекла

Вспенивание, отжиг и охлаждение пеностекла можно производить одностадийным и двустадийным способами.

Двустадийный способ производства по сравнению с одностадийным имеет прежде всего следующие преимущества:

1) Минимальное время вспенивания;

2) Совершенная регулировка процесса вспенивания в самостоятельной хорошо управляемой печи, включая спекание пенообразующей смеси и стабилизацию вспененных блоков;

3) Полное использование пространства отжигательной печи засчет расстановки блоков на узкую сторону с минимальными зазорами между отдельными блоками;

4) Совершенствованное управление процессом отжига путем отжига блоков без форм в специально сконструированной отжигательной печи с регулируемым и равномерным отводом тепла от поверхности блоков;

5) Минимальное количество форм, которые после окончания процесса вспенивания сейчас же возвращаются в производство, не проходя длительного цикла отжига с пеностеклом. [8]

В соответствии с современным состоянием техники двустадийным способом может быть произведено действительно более качественное, чем одностадийным, пеностекло, прежде всего с более однородной структурой и более низким объемным весом. [8]

3.3 Описание подготовки сырьевых материалов

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. (рис 3.3.1)

Рис. 3.3.1 Сушилка барабанная

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 (рис 3.3.2). 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.

Рис. 3.3.2 Грохот вибрационный

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 (рис. 3.3.3.) 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.

Рис. 3.3.3 Сито-бурат

1 станина, 2 -- течка,

3 -- редуктор,

4 -- электродвигатель,

5, 9 -- подшипники,

6 -- кожух,

7 -- сито, 8 -- приемный бункер, 10 -- вал, 11 -- рама,

12 -- барабан, 13 -- ступица

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.

3.4 Технологическая схема производства пеностекла порошковым способом (двустадийный процесс) [8]

3.5 Описание технологической схемы производства пеностекла порошковым способом

Процесс производства пеностекла начинается с варки стекла заданного состава в ванной стекловаренной печи. (рис.3.5.1)

Варку стекломассы ведут при 1410 ± 10? С в слабо восстановительной среде.

Из выработанной части печи стекольный расплав поступает на сетчатый конвейер, орошаемый водой. Засчет обильного орошения водой расплав быстро остывает, распадаясь на отдельные гранулы.

Рис.3.5.1 Ванная стекловаренная печь

1 -- бассейн, 2-- загрузочный карман, 3 -- здание цеха, 4 -- главный свод, 5 -- колонны обвязки печи, 6--машина вертикального вытягивания, 7 -- отломщик рамного типа, 8 -- роликовый конвейер, 9 -- горелки, 10-- регенераторы, 11 --воздушный шибер, 12 -- боров для отвода отходящих газов, 13 -- котел-утилизатор, 14 -- дымовая труба

Стеклогранулят измельчают в шаровой двухкамерной мельнице (рис. 3.5.2) непрерывного действия типа А4 - 436 с барабаном длиной 5000мм и диаметром 1600мм.

Рис. 3.5.2 Шаровая двухкамерная мельница

1-течка, 2-питатель, 3-садка, 4,10-цапфы, 5,6-крышки, 8-конус, 9-шнековая насадка, 11-патрубок, 12-сито, 13-разгрузочный патрубок, 14-зубчатая муфта, 15-кожух, 16-нижний вкладыш 17-корпус, 18-радиальные лопасти, 19-перегородка, 20-плиты, 21-барабан, 22-подшипники, 23-лопасти

Производительность мельницы 1,2 т/ч. Удельная поверхность молотого боя и отходов 3000 /г, гранулята 4600 - 5000 /г.

Печь вспенивания имеет зоны вспенивания длиной 9м, охлаждения - 1,1м и стабилизации - 4,9м.

Режим работы печи вспенивания, мин:

Подогрев - 5,2;

Вспениваниепри 840? С - 20;

Охлаждение при 560 - 500? С - 1,2;

Стабилизация при 620? С - 36.

В качестве печи отжига применяют ПКТ - Т - 1800 с рабочим каналом шириной 1,8м и длиной 30м.

Максимально допустимая скорость охлаждения (?С/мин) в зависимости от размера изделия 0,2 - 0,3 или 0,7 - 0,8.

При одностадийном способе формы из жаростойкой стали или чугуна, наполненные шихтой, устанавливают на вагонетки, которые поступают в туннельную печь, работающую по принципу прямотока. В этом случае тепловую обработку осуществляют по следующему режиму [8]:

При конвейерном способе производства блоков шихта подается на конвейер, выполненный из жаростойких элементов в виде поддонов с боковыми бортами.

Поддоны соединены между собой встык и образуют желоб. По мере продвижения желоба вдоль печи, что обеспечивается специальным толкателем, шихта нагревается и, вспениваясь, образует ленту пеностекла, выравнивание верхней поверхности которой осуществляется специальными валиками.

На выходе из печи, после стабилизации пористой структуры (после охлаждения до 600? С), лента пеностекла дисковыми пилами разрезается на плиты заданных размеров (по размеру поддонов), потом автоматически перегружается в печь отжига. После окончания тепловой обработки плиты калибруются и направляются на склад готовой продукции.

При использовании стеклобоя процесс изготовления изделий осуществляется по неполной технологической схеме. Технологический процесс начинается с очистки и дробления стоклобоя, а стекловаренная печь и обслуживающее её отделение подготовки шихты отсутствуют. [8]

3.6 Физико-химические основы получения пеностекла порошковым способом [8]

Технология производства пеностекла основана на спекании стекольного порошка в смеси с газообразователем и последующем отжиге изделий для снятия внутренних напряжений.

Количество вводимого газообразователя зависит от его вида и свойств, а также от физико-механических свойств изготавливаемых материалов.

Процесс получения пеностекла базируется на ряде положений физической и коллоидной химии. Стекломасса должна иметь при температуре интенсивного газовыделения достаточную вязкость, противодействующую разрыву образовавшейся пленки, и низкое поверхностное натяжение, способствующее утончению этих пленок.

Эти условия определены химическим составом стекломассы и температурой её нагрева.

Основные факторы, придающие устойчивость вспученной стекломассе до её полного застывания в твердое тело:

· Вязкость, которая должна быть равна 3,5 - 2,8 КПас при температуре вспучивания 720 - 930 ? С.

· Поверхностное натяжение, близкое к значению д=3,5 Н/м;

· Парциальное давление газообразной фазы.

При вспучивании протекают следующие процессы:

- размягчение отдельных частиц при нагреве;

- спекание частиц стекла и газообразователей одна с другой при некотором уменьшении объема (усадкой);

- снижение вязкости стекломассы и начало химической реакции между углеродом и сульфатной серой

 =

или водой ;

протекающей при температуре на 50 - 70 С выше температуры начала размягчения стекольного порошка;

- образование в стекломассе пор, рост их размеров;

- закрепление, стабилизация образовавшейся поровой структуры и придание стекломассе твердости.

Процессы силикато- и стеклообразования происходят в момент варки стекла, а в момент вспучивания (вспенивания) идут в основном реакции, связанные с разложением или окислением (сгоранием) газообразователя. Если газообразователем служит известняк, то при 600? С протекает эндотермическая реакция замещения

При 800 С эта реакция, а также

и

идут наиболее интенсивно.

Эндотермическая реакция взаимодействия газообразователя со стекломассой способствует равномерному газообразованию, экзотермические же, наоборот, нарушают равномерную структуру пеностекла. К последним относят реакции, возникающие в пеностекольной шихте с углеродосодержащими газообразователями.

В присутствии углеродистых газообразователей процесс вспенивания осуществляется в восстановительной газовой среде, т.е. при содержании в ней мене 1 % кислорода (по массе). Выделяющиеся при сгорании таких газообразователей среды имеют следующий состав % по массе:

От вида газообразователя зависит характер пористости, определяющий область применения пеностекла.

Замкнутые поры образуются, если газообразователями служат кокс, графит, карбид кремния и кальция;

Частично-замкнутые,- если антрацит и пиролюзит;

Сообщающиеся,- если мрамор и известняк.

В последнем случае протекают химические реакции:

1) Замещения (от 600 С)

2) Разложения (при 795 - 818 С)

4. Технологический раздел

4.1 Расчет шихты

При производстве пеностекла в данном курсовом проекте используем следующий ассортимент выпускаемой продукции: блоки теплоизоляционные из пеностекла - высокопористый изоляционный материал неорганического состава плотностью 300 кг/м³.

Годовой выпуск пеностекла - 100000 м³/год. Так как 1м³ пеностекла весит 300 килограмм, соответственно годовой выпуск пеностекла - 30000 т/год.

Производственная программа выпускаемой продукции приведена в таблице 4.1.1

Таблица 4.1.1 - Производственная программа

Наименование продукции	Годовой выпуск, м3	Годовой выпуск, т
Блоки теплоизоляционные из пеностекла	100000,0	30000,0

100000 м³ - х кг годового выпуска гранулята и газообразователя.

х = 30000 т/год - годовой выпуск гранулята и газообразователя

Рассчитаем потребность в стеклогрануляте:

30000 т/год.- 100 %

х т/год - 99,7 %

х = 30000·99,7/100 = 29910,0 т/ год.

Следовательно, потребность в газообразователе: 30000-29910 =90 т/год.

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

Шихты: 29910 · 0,6=17946 т/год

Стеклобой: 29910 ·0,4=11964 т/год

Состав сырьевых материалов приведен в таблице 4.1.2

Таблица 4.1.2 - 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

SiO_2: 72,23=0,99• х₁+ 0,608•х₆+0,035•х₃+0,012•х_2.

Аналогично составляют уравнения для других оксидов:

CaO: 6,6= 0,005•х₁+0,543•х₂+0,295•х_3;

MgO: 4,0=0,006•х₂+0,205•х_3;

Na₂O: 14,80 - 0,74=0,058•х₄+0,086•х_5;

Na₂SO_4: 0,74=0,434•х_6;

: 2,0=0,001•х₁+ 0,006•х₂+0,016•х₃+0,224•х_5;

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 необходимое 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 4.1.3

Таблица 4.1.3 - Состав шихты на 100 кг стекла

Наименование материала	Масса, масс.ч.
Песок кварцевый	65,78
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 17946 т/год шихты необходимо следующее количество сырьевых материалов:

Песок кварцевый:

65,78 кг - 100 кг

х - 17946000 кг

х=11804,88 т/год

Мел:

1,56 кг - 100 кг

х - 17946000 кг

х=279,96 т/год

Доломит:

19,51 кг - 100 кг

х - 17946000 кг

х=3501,26 т/год

Сульфат натрия:

1,71 - 100 кг

х - 17946000 кг

х=306,88 т/год

Сода кальцинированная:

22,71 кг - 100 кг

х - 17946000 кг

х=4075,54 т/год

Полевой шпат:

10,321 кг - 100 кг

х - 17946000 кг

х=1852,21 т/год

Определяем количество оксидов, вводимых в стекломассу в % по массе:

- с кварцевым песком:

- с мелом:

- с доломитом:

- с содой кальцинированной:

- с полевым шпатом:

- с сульфатом натрия:

пеностекло шихта порошковый

Таблица 4.1.4 Окончательные составы шихт и стекла

Сырьевые материалы	Кол-во мат-лов на 100 в.ч.	Содержание оксидов в сырье, масс.ч.
								Сумм
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Кварцевый песок	65,78	65,12	0,07	0,33	-	-	0,04
Доломит	19,51	0,68	0,31	5,76	3,99	-	0,04
Мел	1,56	0,02	0,01	0,85	0,01	-	0,01
Сода кальцинированная	22,71	-	-	-	-	13,17	-
Полевой шпат	10,321	6,28	0,89	-	-	0,89	0,03
Сульфат натрия	1,71	-	-	-	-	0,74	-
Итого (по расчету)	129,59	72,1	1,28	6,94	4	14,8	0,081	99,2

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.

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.

В результате расчета было определено необходимое количество тонн шихты для производства 100000 м³ пеностекла.

Список используемой литературы

1. Бобкова Н.М. Баранцева С.Е. Трусова Е.Е. Пеностекло на основе отходов промышленного производства// Стекло мира, 2011, №1, с.60-61.

2. Болотин В.Н. Резюм-бизнес-план создания в Молдове завода по производству теплоизоляционного, пенисто-стекольного материала «Пеностекло-М»// Стекло мира, 2011, №3, с.80-86.

3. Демидович Б.К. Пеностекло. Минск, «Наука и техника», 1975, 248с.

4. Казьмина О.В. Верещагин В.И. Абияка А.Н. Расширение сырьевой базы для производства пенокристаллических материалов// Строительные материалы, 2009, №7, с.54-56.

5. Кетов А. Теплоизоляция из пеностекла-воспоминания о будущем с думой о настоящем// Стекло мира, 2011, №1, с.71-79.

6. Китайгородский И.И. Кешишян Т.Н. Пеностекло. Москва, «Простройиздат», 1953, 79с.

7. Лотов В.А. Получение пеностекла на основе природных и техногенных алюмосиликатов// Стекло и керамика, 2011, №9, с.34-37.

8. Мелконян Р.Г. Белецкий Б.И. Мелконян Г.Р. Пеностекло. Теория и практика производства силикатных пеноматериалов// Стекло мира, 2011, №1, с.32-59.

9. Минько Н.И. Пучка О.В. Кузьменко А.А. Степанова М.Н. Перспективы развития технологии производства и применения пеностекла// Стекло мира, 2011, №1, с.61-62.

Размещено на Allbest.ru