Проектирование технологической линии по производству силикатного кислотоупорного цемента

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный факультет

Кафедра строительный инжиниринг и материаловедение

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Вяжущие вещества»

НА ТЕМУ:

Проектирование технологической линии по производству силикатного кислотоупорного цемента

 

 

 

 

Выполнила студентка группы ПСК12-1б

Федорова Мария Николаевна

Проверил Катаева Людмила Ивановна

Дата выдачи задания на курсовой проект 11.09.2014г.

Дата защиты курсового проекта 01.12.2014г.

Оценка за курсовой проект   _______

 

 

 

 

 

 

ПЕРМЬ 2014г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретический раздел
1. Составкислотоупорного цемента..............................................................................3
2. Процессы схватывания и твердения кислотоупорного цемента……….…….…6
3. Показатели качества кислотоупорного цемента и жидкого стекла......................8
4. Области применения кислотоупорного цемента…………………………….…10
5. Существующие технологические схемы производства………………………….11

     1.5.1. Технологические  схемы производства жидкого стекла…………………….11

1.5.2. Способ получения  кремнефтористого натрия ……………………………...16

1.6. Технологические приёмы повышения качества…………………………………23

1.7.  Контроль производства и качества сырья и кислотоупорного цемента ……….23

2. Расчетно - графический  раздел

2.1. Расчетно-функциональная технологическая схема производства цемента…..…25

2.2  Расчет производственных шихт и составление материального баланса основной технической установки………………………………………………………………….27

2.3  Расчет производственной  программы технологической линии……………….…28

2.4  Подбор основного механического оборудования………………………………...29

2.5  Расчет удельных  энергетических нагрузок………………………………………..29

3. Список литературы………………………………………………………………………...30

 

 

 

 

1. Теоретический раздел

1.1 Вещественный, химический и минералогический  состав цемента

Цемент- порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами, состоит из клинкера и, при необходимости, гипса или его производных и добавок.

Кислотоупорный цемент — тонкоизмельченная смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворенная жидким стеклом.

Кислотоупорный цемент изготовляется в процессе приготовления рабочих растворов на строительной площадке смешением  3-х компонентов:  тонкомолотого наполнителя, отвердителя - и жидкого стекла.  

В качестве наполнителей используют измельченные богатые кремнеземом естественные породы (андезит, гранит, кварцевый песок) или искусственные силикатные материалы (плавленый диабаз, плавленый базальт, фарфор и др.). Силикатные кислотоупорные цементы обозначают по роду наполнителя — андезитовый, диабазовый цемент и т. п.

В качестве ускорителя твердения применяют кремнефтористый натрий. Для приготовления цемента берут разные количестважидкого стекларазличной плотности. После смешения компонентов, полученные композиции обладают вначале высокой подвижностью, но очень быстро начинают схватываться.

В качестве связующего вещества применяется растворимое стекло в виде водного раствора, который называют жидким стеклом.

Жидкое стекло — это водный раствор силиката натрия, воздушное вяжущее, изготавливаемое путем обжига смеси, состоящей из кварцевого песка и соды. Полученное стекло после дробления растворяют в воде. Натриевое жидкое стекло применяется при производстве бетонов со специальными свойствами (кислотоупорных, жаростойких), огнезащитных красок и других материалов.

Формула жидкого стекла может быть написана только в общем виде: R2O*nSiO2+mH2O(под R2Oподразумевается Na2Oили R2O). Чаще всего применяется натриевое жидкое стекло.

Модуль жидкого стекла - отношение числа молекул SiO2к числу молекул R2O- в технических сортах жидкого стекла не превышает 3,5. Для изготовления силикатных цементов обычно применяется жидкое стекло уд.веса 1,36 с модулем 2,7-2,8.

Наполнителем служат измельченные, богатые кремнеземом горные породы (андезит, бештаунит, гранит, маршалит, кварцевый песок) или искусственные силикатные материалы (плавленый диабаз, базальт, фарфор  и др.).

Основными требованиями, предъявляемые к наполнителям, являются высокая кислотоупорность и соответствующая тонина помола. В зависимости от рода наполнителя и степени его измельчения для приготовления цемента берут разные количества жидкого стекла различной плотности.

В качестве ускорителя схватывания и твердения применяют кремнефтористый натрий.

Кремнефтористый натрий представляет собой кристаллический порошок белого цвета с содержанием Na2SiF6 равным  93-95%; примесями являются фтористый натрий, свободные плавиковая и кремнефтористая кислоты, кремнезем и вода.

 

 

 

 

Табл. 1 Примерный составкислотоупорных силикатных цементов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Процессы схватывания  и твердениякислотоупорного цемента

Процессы взаимодействия компонентов, образующих цемент, протекающие при схватывании и твердении, в настоящее время еще недостаточно ясны. Принято считать, что наполнитель при обычных условиях не реагирует с жидким стеклом и последнее только обволакивает его. Роль жидкого стекла сводится к выделению геля кремневой кислоты Si(OH)4 , который, обладая вяжущими свойствами, цементирует отдельные частицы наполнителя и в дальнейшем превращает полученное тесто в плотное отвердевшее тело.

Благодаря гидролитическому расщеплению растворы жидкого стекла очень легко подвергаются разложению с выделением геля. Почти все кислоты, различные соли  (CaCl2, NH4Cl и др.), органические вещества (фенол, формальдегид и др.) разлагают жидкое стекло.

После смешения всех компонентов кислотоупорный цемент постепенно переходит из тестообразного состояния в плотную камнеобразную массу, механическая прочность которой с течением времени возрастает.

Процессы, протекающие при твердении кислотоупорных цементов, еще недостаточно изучены. В настоящее время установлено лишь следующее:

1. Наполнители, входящие в состав  кислотоупорных цементов, не вступают  ни в какие химические соединения  с остальными компонентами этих  цементов.

2. В результате взаимодействия  жидкого стекла с кремнефтористым  натрием выделяется гель кремневой  кислоты Si(OH)4, который, обладая вяжущими свойствами, связывает отдельные частицы наполнителя. По мере дегидратации геля, т.е. перехода Si(OH)4в SiO2и удаления выделяющейся воды, образовавшаяся твердая масса уплотняется и становится все более прочной.

3. Кремнефтористый натрий связывает  щелочь, выделяющуюся при гидролизе  силиката натрия, ускоряя, таким  образом, выпадение геля кремневой  кислоты, а следовательно, и самый процесс твердения цемента.

Предполагается, что при твердении цементов протекают следующие реакции.

Силикат натрия и кремнефтористый натрий подвергаются гидролизу:

2Na2O*nSiO2+2(2n+1)H2O=4NaOH+2nSi(OH)4

NaSiF6+4H2O=2NaF+4HF+Si(OH)4

Таким образом, для получения кислотоупорного цемента необходимы три основных компонента: 1) наполнитель, 2) ускоритель процесса схватывания и твердения, 3) жидкое стекло.

Ускоритель процесса схватывания и твердения. В качестве ускорителя процесса схватывания и твердения в отечественных кислотоупорных цементах применяют исключительно кремнефтористый натрий. Технический кремнефтористый натрий представляет собой мелкий кристаллический порошок белого цвета с содержанием 93-95% Na2SiF6; примесями являются фтористый натрий, плавиковая и кремнефтористоводородная кислоты, кремнезем и вода.

Кремнефтористый натрий не только ускоряет процесс схватывания и твердения кислотоупорного цемента, но и повышает его водоустойчивость, так как нейтрализует щелочь, выделяющуюся при гидролизе жидкого стекла. При избытке кремнефтористого натрия механическая прочность кислотоупорных цементов понижается; кроме того, процесс схватывания идет слишком быстро, что затрудняет работу. При недостатке кремнефтористого натрия процесс схватывания идет медленно, а механическая прочность и водоустойчивость цементов понижаются. Установлено, что содержание кремнефтористого натрия в смеси его с наполнителем должно составлять 4-6%.

1.3. показатели качества кислотоупорного цемента и жидкого стекла

Табл. 2

 

Важнейшим показателем качества силикатных кислотоупорных цементов является их кислотопроницаемость. Лучшими цементами считаются те, в которые кислота за сутки проникает менее чем на 0 5 мм, за 3 суток - менее чем на 1 0 и за 10 суток - менее чем на 2 0 мм.

Начало схватывания кислотоупорного цемента — не ранее 20 мин, а конец схватывания— не позднее 6 ч с момента затворения.

Табл. 3 Показатели качества жидкого стекла по ГОСТ 13078-81.

Наименование показателя Норма для жидкого стекла А Б для литейного производства, замазок для катали заторов, адсорбентов, электродов для CMC и химическихпроизводств для строи тельства и флота ции для клеев, пропиток для бумажногопроизводства Внешний вид Густая жидкость желтого или серого цвета без механических примесей и включений, видимых невооруженным глазом Густая жидкость желтого или серого цвета без механических примесей и включений, видимых невооруженным глазом Густая жидкость желтого или серого цвета Массовая доля двуокиси кремния, % 22,7-29,6 24,3-31,9 29,5-36,0 24,8-34,3 24,1-35,0 24,8-36,7 24,8-34,0 27,2-29,3 Массовая доля окиси железа и окиси алюминия, %, не более 0,25 0,25 0,25 0,25 0,20 0,90 0,30 0,25 в том числе окиси железа Не регламентируется - - 0,05 Не регламентируется Массовая доля окиси кальция, %, не более 0,20 0,20 0,20 0,12 0,05 0,20 0,20 0,20 Массовая доля серного ангидрида, %, не более 0,15 0,15 0,15 0,07 0,07 0,15 0,15 0,15 Массовая доля окиси натрия, % 9,3-12,8 8,7-12,2 10,9-13,8 9,0-12,9 8,7-13,3 8,1-13,3 8,0-12,2 7,9-8,8 Силикатный модуль 2,3-2,6 2,6-3,0 2,6-3,0 2,7-2,9 2,6-3,0 2,7-3,3 2,7-3,4 3,4-3,6 Плотность, г/см³ 1,36-1,45 1,36-1,45 1,47-1,52 1,36-1,50 1,36-1,50 1,36-1,50 1,36-1,45 1,35-1,40

 

 

Одной из основных особенностей жидкого стекла является высокая адгезионная (клеящая) способность.

 

1.4. Области применения кислотоупорного цемента

Область применения кислотоупорного цемента довольно широкая. Он отлично подходит в качестве вяжущего вещества при строительстве башен, различных резервуаров, ванн и других емкостей для химической промышленности. Он используется для защиты химической аппаратуры от воздействия разного рода кислот. Его также удобно использовать в составе раствора для заделки швов между изделиями, имеющими кислотостойкие характеристики. Не стоит бояться временного воздействия воды на изделия, изготовленные с использованием такого цемента. Хотя он совсем непригоден для конструкций, пребывающих под постоянным воздействием воды.Силикатные кислотоупорные цементы нашли применение и в качестве самостоятельных конструкционных материалов — кислотоупорных бетонов. Для изготовления кислотоупорных замазок.

Область применения жидкого стекла достаточно обширна. Его вяжущин свойства используются при получении ряда композиционных материалов, в том числе кислотостойких и жаростойких растворов и бетонов, литейных формовочных смесей, теплоизоляционных, керамических, абразивных материалов. Жидкое стекло применяют в качестве неорганического клея (связки-адгезива) в инъекционных составах для укрепления грунтов и горных пород, высокотемпературных клеящих композициях для металлов, керамики, стекла, составах для пропитки пористых строительных изделий. Важным направлением применения жидкого стекла является также получение защитно-декоративных и антикоррозионных покрытий.

Жидкое стекло является распространенным вяжущим для получения жаростойких бетонов, используемых при возведении тепловых агрегатов. Такие бетоны могут эксплуатироваться в диапозоне температур 300…1800оС.

 

 

 

 

 

 

1.5 Существующие технологические схемы производства

1.5.1. Технологические схемы производства жидкого стеклах[7]

Основными способами производства жидкого стекла, реализуемыми в больших промышленных масштабах, являются: растворение силикат-глыбы во вращающихся автоклавах; растворение силикат-глыбы в стационарных автоклавах. В промышленных условиях жидкое стекло получают также растворением силикат-глыбыбезавтоклавным способом; растворением кремнеземсодержащих компонентов в едких щелочах; при комплексной переработке кремнеземсодержащего сырья на жидкое стекло и другие продукты; в качестве побочного продукта (отхода) на непрофильных предприятиях.

Производство жидкого стекла только в отдельных случаях организовано на специализированных предприятиях, являющихся централизованными поставщиками этого продукта потребителям, В основном же оно рассредоточено по многочисленным потребителям, которые варят жидкое стекло для собственного потребления. Исходя из этого единичная мощность цехов (участков) по производству жидкого стекла невелика и редко превышает 15- 20 тыс. т в год.