Расчет основного технологического оборудования, Механизация и автоматизация производственных процессов - Цех по производству высокопрочного гипса

Рассчитаем необходимое число единиц гипсоварочных котлов, согласно формуле:

N=Pп/(Pч-K),

Где Pп - требуемая часовая производительность предприятия;

Pч - часовая производительность гипсоварочного котла;

K - нормативный коэффициент (K=0,75-0,95).

N=4,77/(5-0,9)=10 гипсоварочных котлов необходимо при производственной мощности 300 тыс. тонн.

Механизация и автоматизация производственных процессов

Технологических схем производства гипсов, вообще говоря, множество, если считать все то, что в разное время и в разных странах было предложено, но подавляющее большинство их осталось только на бумаге, хотя и представляет известный интерес.

Особенно богата предложениями по способам получения гипса Япония, бедная запасами природного гипсового камня. Нет ничего удивительного в том, что там запатентованы технологии получения гипса не из гипсового сырья, а из обыкновенного углекислого известняка.

Известны и другие способы синтезирования гипса, например, путем кипячения сернокислого кальция в азотной, серной кислоте или в воде, представляющие скорее теоретический интерес.

Значительная доля способов относится к производству обыкновенного гипса, но рассмотрение их не входит в нашу задачу.

Речь идет о технологиях получения гипсов повышенной прочности. На эту тему известна в патентной литературе технология американцев Ранделя и Дейлея, но попытки воспроизвести ее у нас в Союзе с целью реализации запатентованных показателей не увенчались успехом и нет каких-либо технико-экономических показателей по этой технологии, почему мы ее здесь и не рассматриваем. По этим причинам вне поля зрения остались и некоторые отечественные технологии получения гипсов повышенной прочности. Ниже мы рассматриваем только технологии гипса, проверенные в заводских или полузаводских условиях, по которым имеются соответствующие технико-экономические показатели.

К таким относятся три отечественных технологии получения высокопрочного гипса: одна старая технология производства твердого формовочного гипса из ГДР, получившая в последнее время у нас широкую известность.

Для сравнения мы рассматриваем также и технологию обыкновенного гипса, получаемого "варочным" способом, обеспечивающим, как известно, получение гипса лучшего качества по сравнению с другими сортами обыкновенного гипса.

Варочный гипс производится, как известно, путем дробления в челюстной дробилке гипсового камня, помола его в порошок, а затем варки в открытом котле (рис. 59).

На первый взгляд кажущееся простым, производство это доставляет немало хлопот при помоле сырого гипсового камня, особенно влажного и в сырую погоду. Требует много электроэнергии. Подсушивание же сырья значительно усложняет и удорожает производство.

Высокопрочный гипс ГП производится по принципиально отличной технологической схеме. Когда дегидратация гипсового камня происходит под давлением, а в качестве теплоносителя используется насыщенный пар, что обеспечивает однородность продуктов диссоциации. С этой целью гипсовый камень дробится в щебенку, которая после отделения от нее мелочи загружается в автоклав.

Особенностью технологии высокопрочного гипса ГП, как это уже было отмечено, является то, что гипсовая щебенка после пропаривания выгружается из автоклава для сушки ее во вращающемся сушильном барабане, что дает, возможность: а) значительно экономнее (не менее чем в два раза во времени), и со значительно меньшим расходом рабочей силы, топлива и электроэнергии вести технологический процесс по сравнению с тем, если бы сушка щебенки производилась в автоклаве использовать в производстве мелочь, получающуюся при дроблении гипсового камня; она может добавляться в сушильный барабан в количестве до 25% от веса высушиваемой пропаренной гипсовой щебенки.

Эта схема, как увидим ниже, экономичнее по сравнению с производством варочного гипса и, по удельной продолжительности технологии во времени, и, тем более, по качеству получаемой продукции.

Технологическая схема производства демпферного гипса представляет собою точную копию технологии высокопрочного гипса ГП до начала сушки пропаренной гипсовой щебенки.

То же дробление гипсового камня в щебенку тех же размеров, тот же рассев продукта дробления на две фракции, из которых крупная (0--50 мм) загружается в автоклав.

Абсолютно тот же режим пропаривания (при давлении пара 1,3 эти и в течение 6 часов). Тот же насыщенный пар и тот же отбор конденсата в процессе пропаривания.

Но после пропаривания гипсовая щебенка не выгружается из автоклава, а высушивается продуванием через автоклав дымовых газов. В этом и заключается отличие демпферного способа от технологии высокопрочного гипса ГП. Высушенная в автоклаве щебенка размалывается в порошок и поступает на склад готовой продукции.

Указанный прием сушки пропаренной щебенки (в автоклаве) был авторами принят, как уже отмечалось, с целью недопущения снижения температуры щебенки после пропаривания ниже 100°С до того, пока не будет начата сушка щебенки.

Выше было показано, что "...недопущение снижения температуры после пропаривания" не имеет практического значения, не говоря уже о том, что оно естественно и практически неизбежно. Г. Г. Булычев, изучавший этот вопрос, пишет: "...при выпуске пара из пропарника по окончании пропаривания сразу же снижается температура в пропарнике; в первый момент до 90--95°, а через час до 40--45°. Поэтому впускаемые в пропарник горячие газы насыщаются влагой".

Однако самое главное это то, что процесс сушки удлиняется не менее чем в 3 раза, а качество получаемой продукции снижается.

Значительно удлиняется, как это видно из табл. 15, технологический процесс, а значит снижается оборачиваемость оборудования и увеличиваются затраты в производстве.

Существенным недостатком технологии демпферного гипса является то, что мелочь, образующаяся при дроблении гипсового камня, а она составляет около 30% от гипсового камня, не используется в производстве.

Для переработки ее должны строиться отдельные цехи, но уже обыкновенного гипса.

Технология производства самозапарочного гипса состоит в том, что гипсовый камень, как и по технологии высокопрочного гипса ГП или в производстве демпферного гипса, измельчается в щебенку на челюстной дробилке Блек. Щебенка затем рассеивается на две фракции 0--10 мм и от 10 до 50 мм.

Последняя загружается в вертикальный самозапарник, подобный самовару, в котором через трубу, расположенную посредине, пропускаются газы для нагревания щебенки.

Сначала прогрев щебенки производится при открытом самозапарнике, а затем он герметизируется, и пропаривание производится при давлении 1,3 ати. Затем давление пара снижается и уже при атмосферном давлении производится сушка пропаренной щебенки путем пропускания через трубу самозапарника дымовых газов.

Автор Г. Г. Булычев приводит следующие параметры производства гипса по методу "самозапаривания".

    1. Загрузка и закрывание люков аппарата 30 минут 2. Подогрев гипсового щебня 4 часа 3. Пропарка 7 часов 4. Сушка 6 часов 5. Разгрузка аппарата 30 минут

ИТОГО (max) 18 часов

Г. Г. Булычев пишет: "...предложенный автором совместно с проф. Б. Г Скрамтаевым способ производства высокопрочного гипса путем самозапаривания рассчитан на то, чтобы нагретый гипсовый щебень не охлаждался до тех пор, пока не будет закончен весь процесс тепловой его обработки. Тепловая обработка гипса, т. е. пропаривание и сушка, производится также в одном аппарате, но благодаря тому, что в аппарат подается тепло непрерывно (в процессе перехода от пропаривания к сушке при атмосферном давлении), никаких условий для гидратации гипса не создается. В этом случае, возможно, получить полуводный гипс и растворимый ангидрит только первичного происхождения, поэтому активность самозапарочного гипса должна быть выше, что и подтвердилось на практике производства, этого гипса".

Однако на практике активность самозапарочного гипса, как правило, ниже активности демпферного гипса.

"...Отличительной чертой способа самозапаривания является то, продолжает автор, что для образования избыточного (до 1,3 ати) давления в аппарате используется вода, содержащаяся в самом гипсовом щебне в свободном состоянии (гигроскопическая), и вода связанная (кристаллизационная). При нагревании гипсового щебня вначале (при 100°) образуется пар из свободной воды, а затем при нагревании выше 107--110° начинается дегидратация гипса и перевод отщепленной воды также в состоянии пара" (подчеркнуто нами.-- И. П.).

Другими словами, при нагревании гипсовой щебенки при свободном удалении из нее воды начинается, по существу, "варка" гипсового камня, как и в обычных варочных котлах, что, как известно, обуславливает получение пористых, губчатого строения зерен обыкновенного, полуводного гипса.

Через 4 часа после нагрева гипсовой щебенки при атмосферном давлении, самозапарник герметизируется и дальнейшая диссоциация двуводного гипса идет уже под давлением. В этих условиях, как известно, идет образование полуводного гипса, представляющего собой совершенно другую, плотную, кристаллическую структуру,-- высокопрочного гипса.

"... В первом случае, указывают Д. С. Белянкин и Л. Г. Берг, получается бета-полугидрат в результате потери двуводным гипсом воды в виде пара.., а во втором случае происходит "...инконгруентное плавление гипса под давлением-- получается альфа-полугидрат".

Г. Г. Булычев правильно отмечает, что в процессе прогрева гипсовой щебенки в самозапарнике происходит образование растворимого ангидрита. Это, несомненно, имеет место, особенно в щебенке, расположенной вдоль трубы, по которой проходят дымовые газы высокой температуры (700°), вызывающие местный перегрев.

О наличии в самозапарочном гипсе значительных количеств растворимого гипса свидетельствуют также короткие сроки самозапарочного гипса.

Следовательно, самозапарочный гипс представляет собой смесь варочного гипса и высокопрочного или, точнее, смесь двух модификаций альфа - и бета-полуводного гипсов с растворимым ангидритом.

Следует отметить, что Г. Г. Булычев производил испытание образцов не по стандартной методике, когда образцы перед испытанием хранятся в помещении при температуре воздуха около +20°, а испытывал образцы после высушивания из них влаги в сушильном шкафу до постоянного веса при температуре 45--50°. Последнее, конечно, повышало прочность образцов.

Технико-экономические показатели производства, а также качества самозапарочного гипса, приведены в таблицах 15, 16, 17.

Серьезным недостатком метода "самозапаривания" является то, что по условиям теплопередачи, аппарат для запаривания и сушки гипсовой щебенки не может быть достаточно большим (обычная емкость 3 т). Это затрудняет создание заводов большой мощности.

Не менее серьезный недостаток рассмотренной технологии -- это использование гипсового сырья только в виде щебенки, а мелочь, получающаяся при дроблении гипсового камня в количестве около 25%, остается при указанном способе неиспользованной.

Чтобы использовать мелочь, получающуюся при дроблении гипсового камня, Г. Г. Булычев предложил производить все вышеперечисленные операции во вращающемся самозапарнике для одновременной обработки и крупной щебенки гипсового камня и порошкообразной мелочи.

Но как и следовало ожидать, получить продукцию равномерного качества и в этом случае нельзя, потому что при одном и том же времени тепловой обработки и скорости пенетрации тепла диссоциация гипса происходит и заканчивается по-разному у разных по размеру частиц гипсового камня, начиная от порошка до щебенки, размером 50 мм.

Технология производства твердого формовочного гипса (hartformgips -- так его называют немцы), давно известна в Германии (Роттлебероде, близ Берлина). Это старое производство (существует более 50 лет) получило известность в СССР недавно благодаря П. В. Лапшину, назвавшему этот гипс высокопрочным гипсом.

Гипс в Роттлебероде выпускается для керамической и фарфоро-фаянсовой промышленности и, главным образом, на экспорт в страны со слабо развитой гипсовой промышленностью.

Технология его производства, по описанию П. В. Лапшина, следующая. Крупногабаритный гипсовый камень вручную нагружается на вагонетки, которые затем вручную закатываются в автоклав диаметром 2 м и длиной 18 метров. В автоклаве он пропаривается паром под давлением 6 ати, в течение 7 часов, включая подъем и спуск давления. В автоклаве же камень и просушивается паровым калорифером в течение 17 часов, включая подъем и снижение давления пара в калорифере, которое уже через час после начала сушки доводится до 14 ати и более.

По окончании сушки куски дегидратированного гипсового камня (12 тонн из автоклава) измельчаются сначала в челюстной дробилке, производительностью 8 т/час, а затем в молотковой, производительностью 2,5--3 т/час.

После сепаратора крупные фракции гипса размалываются в мельнице производительностью 2,5 т/час, а затем тонкая фракция из сепаратора и из мельницы смешивается во вращающемся барабане и поступает на склад готовой продукции.

Обращает на себя внимание кустарщина в производстве: подлежащий пропариванию гипсовый камень (и обязательно в крупных кусках 30--40 см) вручную укладывается на вагонетки и разгружается с них. Вручную же вагонетки закатываются и выкатываются из автоклава.

Хозяева производства объясняют отмеченное небольшими размерами производства: это не завод, а старая установка годовой производительностью около 3 тыс. тонн в год.

Следует отметить устаревший и нерациональный способ сушки (паровым калорифером). При сушке дробленого камня, например, во вращающемся барабане, процесс сушки мог сократиться и во времени и по стоимости не менее чем в три раза.

Обращает также внимание крайне низкий съем продукции с единицы объема автоклава, а именно 0,20 т/м3 против 0,85 тонны с 1 м3 автоклава в производстве демпферного гипса. Указанный съем также значительно меньше, чем при самом невыгодном в этом отношении "самозапарочном" способе производства гипса.

На обеспечении производства находятся котлы высокого давления (рабочее > 10 ати), что также нельзя считать достоинством технологии. Как известно, в производстве демпферного гипса и высокопрочного гипса ГП, в котельной достаточно поддерживать давление около 3 ати.

Весьма высокий удельный расход топлива, а именно 259 кг условного, что в 4 раза больше обычного и более чем в два раза превосходит даже расход топлива в аналогичном и весьма топливоемком производстве демпферного гипса.

От директора завода в Роттлебероде г-на Гербера нами были получены исчерпывающие данные о производстве гипса, из которых следует, что:

1. Полный цикл работы автоклава составляет 34 часа (а не 24 часа, как показано в табл. 17).

Следовательно продолжительность технологического процесса (включая дробление, помол и др.) составляет 42,4 часа или на 1 тонну готовой продукции (поскольку по сообщению директора за один цикл выпускается 11 тонн гипса) 3,86 часа.

    2. Расход электроэнергии на 1 т. гипса не 12 квт.-час, как указано в табл. 17, а 17,85 квт.-час. 3. Расход рабочей силы на тонну гипса 0,91 чел/дн.

Похожие статьи




Расчет основного технологического оборудования, Механизация и автоматизация производственных процессов - Цех по производству высокопрочного гипса

Предыдущая | Следующая