Технология производства строительных материалов и изделий. Методические указания для проведения практических занятий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Восточно-Сибирский государственный технологический университет

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ Методические указания для проведения практических занятий (раздел “Технология стеновых материалов”) по направлению 550100 (магистры)

Составитель

Улан-Удэ-2001

Щукина Е.Г

2

Методические указания содержат алглритм расчета и варианты заданий по курсу “ Технология производства строительных материалов” для магистров по направлению 550108 Методические указания составлены и.о.доц. Щукиной Е.Г. кафедры ПСМИ и рассчитаны на 10 часов практических занятий. (раздел: “Технология стеновых материалов”) Рецензент к.х.н, доц. Архинчеева Н.В.

3

I.

РАСЧЕТЫ В ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

Количество материалов указывается в состоянии естественной влажности и в сухом состоянии. I.I. Алгоритм расчета:

Расчет материального баланса кирпичных заводов Под материальным балансом цеха или завода понимается равенство между количеством материала, поступающего в производство и количеством полученной продукции, с учетом производственных потерь, естественной влажности и содержания полезного компонента в сырье. Материальный баланс позволяет получить информацию о потребности в сырьевых материалах, добавках, технологической воды и пара в единицу времени и перейти к расчету необходимого количества оборудования. Цель работы: ознакомление с методикой расчета материального баланса на примере производства глиняного кирпича. Для составления материального баланса кирпичного производства исходными данными являются: -способ производства, -мощность завода, -состав керамической массы, -влажность сырья, шихты, сырца, полуфабрикатов, -режим работы предприятия, -технологические потери на всех стадиях технологического процесса. Результаты расчета материального баланса оформляются в виде таблицы, куда включаются расходы исходных материалов и выход готовой продукции в год, сутки и час, а также расход материалов на единицу готовой продукции (в данном случае на 1000 штук и кирпича).

IIП =

П3 ⋅ 100 100 − Х I

ПC=

П П ⋅ 100 100 − Х 2

ППР =

V K ⋅ γ III (100 − W2 )

РПР=ППР·g Vk .Υm (100 − W2 ) P ⋅ 100 PCM= ПР 100 − Х 4

g=

PB=

PСМ ⋅ W2

100 PIII=PСМ-РВ

−

а1 ⋅ PСМ ⋅ WI 100 ⋅ 100

а I ⋅ γ I + а2 ⋅ γ 2 + а3 ⋅ γ 3 100 Р VШ= Ш

γIII=

γШ

4

VI= а ⋅V а I ⋅ V III а ⋅V ,V 2 = 2 III ,V3 = 3 I 100 100 100 VГ=

V I ⋅ 100 100 − X 5

VГI=

V Г ⋅ 100 100 − W I

ПС-производительность сушилки, млн. штук в год, Х2-брак при сушке, %, ППР-производительность прессов, млн. штук в год. Х3 – брак при формовании, % РПР – производительность прессов, т/год. g-масса сырца-кирпича, т. W2-формовочная влажность, %, Vл-объем одного кирпича, м3,

1

m 1(2,3)= VO.Д.= VB.Д=

VГ (VO , д.,VB , д )1000 П3

V2 ⋅ 100 100 − X 6

V3 ⋅ 100 100 − X 7

Р1000= 1,2(0,92G 2 + 4,19G B )1000(t1 − t 0 2861,6 P1000 ⋅ l Q⋅h расчет потребности оборудования PT=

ПП – производительность печей, млн. штук в год, П3 – производительность завода, млн. штук в год, ХI – брак при обжиге, %,

РСМ-производительность смесителей, т/год, Х4-потери массы при смешивании,%, РВ-расход воды при увлажнении, т/год, W2-влажность шихты,%, W1-влажность глины,%, а1-содержание глины в шихте,%, РШ-масса шихты, т/год, γШ-средняя плотность шихты, т/м3, а1, а2, а3- содержание глины, отощающих и выгорающих добавок, %, γ1, γ2, γ3-средние плотности соответственно, т/м3, VШ-объем шихты, м3/год, V1,2,3-производительность дозаторов глины, отощающих и выгорающих добавок, м3/год, VГ-годовой расход глины с учетом Х5, Х5-потери при дроблении и транспортировании, %, VГI –годовой расход глины с учетом естественной влажности, м3, m1 -расход глины на 1000 шт. кирпича, м3/год,

5

m2,3 -расход отощающих и выгорающих добавок на 1000 шт. кирпича, м3, VО.Д.-годовой расход отощающих добавок с учетом Х6, Х6-потери, %, VВ.Д.-годовой расход выгорающих добавок, Х7-потери, %, Р1000-расход пара на увлажнение глины при изготовлении 1000 шт. кирпича, кг, 1,2-коэффициент, учитывающий теплопотери в окружающую среду, 0,92-теплоемкость глины кДж/кг, град., G2-вес сухой глины в 1 сырце-кирпиче, кг, GВ-вес воды в 1 сырце-кирпиче, кг t0-температура массы до пароувлажнения, 0С, t1-температура массы после пароувлажнения, 0С, 2861,6-теплосодержание пара, кДж/кг, ι-теплосодержание пара=2861,6 кДж/кг, PТ – расход топлива на пароувлажнение глины, кг Q-теплота сгорания топлива, кДж/кг, h-коэффициент полезного действия котельных малой мощности 0,6-0,65. 1.2. Расчет потребности оборудования Определение полезного фонда времени - для оборудования прерывного действия: (100 − Т ) ⋅ час, ЕК= К П − В + РК СД 100 ЕК - полезный фонд времени, КП – календарное количество дней в году, В – число выходных и праздничных дней,

{[

(

)] }

РК – число дней остановки оборудования на капитальный ремонт, С – число смен в сутки, Д – длительность смены в час, Т - % планируемых внутрисменных простоев. -для оборудования непрерывного действия: ЕК=К-Р, К-календарное время (24х365 дн.), Р-время ремонтов. Умножив часовую (из технической характеристики) производительность выбранного оборудования на полезное время работы, получить его производственную мощность, которую сравнить с требуемой производственной мощностью участка (например, дробления глины) из сводной таблицы материального баланса и определить потребность в количестве агрегатов данного вида. 1.3. Задание

1. Рассчитать материальный баланс согласно варианту. 2. Составить сводную таблицу расходов материалов в год, смену, час. 3. Подобрать количество и марку оборудования согласно варианту, пользуясь паспортными данными (См. справочник “ Строительные материалы” - М.,1996). 4. При расчете расхода пара на увлажнение глины принять начальную и конечную температуры массы соответственно +100С и +400С и теплоту сгорания топлива (Q), равную 35200 кДж/м3 (для природного газа).

6

5. При расчете фонда времени принять данные работы Загорского кирпичного завода: число календарных дней – 365, число выходных и праздничных дней – 106, номинальное число рабочих дней – 259, среднее число невыходов – 39, полный фонд – 220, количество часов в смену – 8,2 час, недоиспользование фонда – 0,2 час, часовой фонд при работе в одну смену – 8х220=1760 час. 6. Работу оборудования по подготовке шихты принять в две смены. Материальный баланс завода силикатного кирпича В задании выдается мощность предприятия по одинарному (условному) кирпичу. Виды и марки изделий студент обосновывает, исходя из технико-экономических показателей развития региона и выбора наиболее эффективных изделий. Суммарный выпуск отдельных видов изделия в пересчете на одинарный кирпич должен равняться заданной мощности завода (Р). Варианты заданий приведены в таблице 1 Варианты заданий для расчета материального баланса завода силикатного кирпича

Таблица 1 Варианты заданий № варианта Мо щн ост ь мл н.ш т Ви д кир пича

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

оди нар ный

уто лще нны й

Цвет ной

кам ни

Оди нар ный

уто лще нны й

цве тно й

кам ни

оди нар ный

утол щен ный

При проектировании производства утолщенного кирпича или камней в полном объеме следует пересчитать мощность предприятия на этот вид изделия и по ней проводить дальнейшие расчеты материального баланса. К примеру, предприятие будет производить утолщенный кирпич, мощность по одинарному кирпичу задана Р млн. штук в год. Мощность предприятия по утолщенному кирпичу в млн. штук в год составит: РУ=Р · к, Где к – коэффициент пересчета одинарного кирпича на утолщенный, равный отношению их масс. При выпуске пустотелого или цветного силикатного кирпича в ассортименте указывают объемы их выпуска.

7

К примеру, планируемый выпуск цветного утолщенного кирпича составит в год, млн. штук РЦ=РУ·m/100, Где m – процент выпуска цветного силикатного кирпича от общей мощности по заводу. Результаты расчета по отдельным видам изделий сводят в таблицу. Таблица 2 Ассортимент выпускаемых изделий Вид изделия (кирпича)

Марка изделия

Годовая выработка, млн. штук

Годовая выработка в пересчете на условный кирпич, млн. штук

Одинарный Утолщенный Цветной Камни Всего:

Расчет удельного расхода сырьевых материалов Баланс материальных потоков на предприятии (в цехе) выражается в виде материального баланса. Чтобы определить потребности предприятия в сырьевых материалах, первоначально рассчитывают удельный расход сырьевых материалов на единицу выпускаемой продукции. За единицу в производстве силикатного кирпича принято 1000 штук условного (одинарного) кирпича (далее кирпича). Исходные данные для расчета: объем 1000 штук одинарного кирпича – 1,95м3; плотность кирпича - ρ К, кг/,м3; активность извести – А изв, %; активность смеси – А см, %.

Активность извести и смеси выбирают в соответствии с планируемой маркой кирпича, видом изделий и качеством сырьевых материалов. Учитываются технологические характеристики производства силикатного кирпича данного региона, либо предприятия с подобными по качеству сырьевыми компонентами и новейшие достижения науки и техники в этой области. Масса 1000 штук сухого кирпича МС, кг, составит: МС=1,95 ρ К. Теоретический расход извести GИ, кг/1000шт. кирпича, равен: GИ,= МС·АСМ/Аизв. Теоретический расход песка GП, кг/1000шт. кирпича: GП =МС-GИ. Теоретический расход песка естественной влажности GПW= 100/100 – WП, кг/1000 шт. кирпича W G П = 100/100-Wп где WП – естественная влажность песка, %. Количество измельченного песка определяется выбранным соотношением извести и песка при помоле вяжущего. На основании типового технологического регламента в производстве силикатного кирпича рекомендуется соотношение извести и песка в вяжущем, равное 1:1 [5] . Это соотношение можно изменить, учитывая качество песка и извести, тип помольного агрегата и т.д. При равных количествах измельчаемых извести и песка количество измельчаемого песка на 1000 штук кирпича: GПИЗМ = GИ. Теоретический расход неизмельчаемого сухого и влажного песка на 1000 шт. кирпича:

8

GПН=GП - GПИЗМ; GПHW = GПН·100/100-WП. Количество вводимых добавок определяется процентом от массы смеси либо, в зависимости от их назначения, от массы вяжущего или песка заполнителя (когда они вводятся как составляющий компонент вяжущего или заменяют определенную часть неизмельченного песка). Выбор режима работы завода При проектировании новых предприятий принимают режим работы с непрерывной рабочей неделей в три смены по 8 часов или в две смены по 12 часов в сутки. Число рабочих дней в году с вычетом 9 праздничных дней принимают равным 356. Для карьера, а также для дробильных и помольных отделений при наличии промежуточных емкостей, обеспечивающих не менее двухсуточного запаса материала, допускается режим работы по пятидневной неделе, т.е. 305 рабочих дней в году. Результаты расчета сводятся в таблицу. При расчетах необходимо использовать данные по режиму работы цехов и график ремонта основного технологического оборудования завода, а также нормативные документы. Номинальный фонд времени работы цеха при пятидневной неделе должен быть равен 41 часу в неделю. Номинальный фонд рабочего времени смежных цехов, не имеющих промежуточных складов, должен совпадать.

Подразделение завода*

Таблица 3 Номинальный фонд рабочего времени Рабочее время в в сутки в неделю в год смену час смен час суток час суток час

Карьер ……….. ……….. _____________ В эту графу включают: карьер песка, отделения приготовления вяжущего и силикатной смеси, формования и автоклавирования силикатного кирпича. Расчет материального баланса отдельных цехов Расчет материального баланса проводят на полную мощность завода по условному (одинарному) кирпичу. При выпуске пустотелых изделий расходы материалов снижаются в зависимости от пустотности изделий. Карьер песка Потребность песка в год ведется по теоретическому расходу с учетом всех видов потерь – потери при добыче, транспортировке, в технологическом процессе при приготовлении силикатной смеси и потери от брака кирпичасырца и готовых изделий (прил.1). Выработка одинарного кирпича в млн. штук в год РК с учетом его брака после автоклавной обработки: РК=Р·100/100-ПК,

9

где ПК – процент брака кирпича после автоклавной обработки. В дальнейших расчетах принято, что брак кирпича при прессовании используется в технологическом процессе, поэтому на расход сырьевых материалов он не влияет. Потери песка: при добыче и транспортировке ПД при очистке ПОЧ при измельчении вяжущего ПВ Суммарные потери песка ПП, мас. %: ПП = ПД+ПОЧ+ПВ. Действительный удельный расход сухого песка, кг на 1000 штук условного кирпича: GП Д= GП·100/100-ПП. Действительный удельный расход песка естественной влажности, кг на 1000 штук условного кирпича: GП ДW= GП Д·100/100-WП. Годовая потребность предприятия в песке естественной влажности, кг (т): РП= GП ДW·РК/1000. Выработка песка карьером: в год РП; в месяц РПМ=РП/12; в неделю РПН=РП/ iН; в сутки РПС=РП/ iС; в час РПЧ= РП/ iЧ, где iН, iС, iЧ – число недель, суток и часов работы карьера (см. таблицу номинального фонда рабочего времени). Массовую потребность песка пересчитывают на объемные значения с учетом объемной массы песков (прил.).

Отделение приготовления вяжущего и силикатной смеси Расчеты проводят также по мощности предприятия с учетом технологических потерь извести (вяжущего) в производстве. В случае наличия на предприятии известкового цеха материальный баланс для него рассчитывается отдельно. Действительный удельный расход извести, кг на 1000 штук условного кирпича, GИ Д = GИ ·100/100-ПИ, где ПИ-процент потерь извести внутри завода (при транспортировке и измельчении). Потребность в извести: в год РИ= GИ Д·РК/1000; в месяц РИМ=РИ/12; в неделю РИН=РИ/ iН; в сутки РИС=РИ/ iС; в час РИЧ= РИ/ iЧ. Действительный расход влажного измельчаемого песка, кг на 1000 штук условного кирпича, при указанном выше соотношении извести и песка при помоле (1:1) составит: GПИЗМ= GИ Д. Расход песка естественной влажности, кг, идущего на помол вяжущего, при принятом соотношении извести и песка: в год в месяц в неделю

РПИЗМ= GП ИЗМ·РК/1000; РПИЗМ.М=РПИЗМ/12; РПИЗМ.Н=РПИЗМ/ iН;

10

в сутки РПИЗМ.С=РПИЗМ/ iС; в час РПИЗМ.Ч= РПИЗМ/ iЧ. Потребность в неизмельчаемом песке естественной влажности, кг (заполнителя): в год РПЗ =РП-РПИЗМ; в месяц РПЗМ=РПМ-РПИЗМ.М; в неделю РПЗН=РПН-РПИЗМ.Н; в сутки РПЗС=РПС-РПИЗМ.С; в час РПЗЧ=РП.Ч-РПИЗМ.Ч. Потребность в вяжущем, кг: в год РВ=РИ+РПИЗМ; в месяц РВМ=РИМ+РПИЗМ.М; в неделю РВН=РИН+РПИЗМ.Н; в сутки РВС=РИС+РПИЗМ.С; в час РВЧ=РИ.Ч+РПИЗМ.Ч. Потребность в силикатной смеси, кг: в год РСМ=РВ+РПЗ; в месяц РСММ=РВМ+РПЗ.М; в неделю РСМН=РВН+РПЗ.Н; в сутки РСМС=РВС+РПЗ.С; в час РСМЧ=РВ.Ч+РПЗЧ. Расчет потребности воды на изготовление силикатной смеси

Вода, расходуемая на приготовление силикатной смеси, идет на гидратацию оксида кальция и увлажнение смеси до определенной влажности. Формовочная влажность смеси зависит от качества песка, дисперсности вяжущего и характеристики смеси (принимается по опыту работы заводов).

В зависимости от выбранной технологии приготовления силикатной смеси увлажнение производится в двух, а иногда в трех точках технологической линии. В соответствии с этим расчет расхода воды ведется по отдельным этапам подачи воды. Удельный расход воды, кг, на приготовление силикатной смеси, выходящей из силоса (реактора) с влажностью WCr , на 1000 штук условного кирпича определяется следующим образом: GH 2 O # = GИАИ(0,32+0,38)/100+МСWCr/100-GПWП/100, где 1-ое слагаемое – расход воды на гашение оксида кальция в смеси, кг; 0,32 – доля воды, идущая непосредственно на гашение СаО; 0,38 – доля испаряемой воды при гашении оксида кальция; 2-ое слагаемое – расход воды на увлажнение смеси до влажности на выходе из силоса; вычитаемое – содержимое воды в песке при его естественной влажности WП; WCr – влажность смеси на выходе из силоса, %; WП – естественная влажность песка, %. Расход воды, кг, на доувлажнение смеси до формовочной влажности на 1000 штук условного кирпича составит: GH2O//=МС(WC-WC/)/100, Где WC - формовочная влажность смеси, %; МС - сухая масса 1000 штук условного кирпича, кг. Суммарный удельный расход воды на увлажнение силикатной смеси на 1000 штук условного кирпича равен:

11

GH2OC=GH2O/+GH2O//. Потребность в воде при получении силикатной смеси следующая: в год РН2О= GH2OC ·РК/1000; в месяц РН2ОМ=РН2О/12; в неделю РH2OН=РН2О/iH; в сутки РH2OС=РH2O/iC; в час РН2ОЧ=PH2O/iЧ. При использовании различных добавок их потребность рассчитывается подобным образом по удельным расходам добавки на 1000 штук условного кирпича и заданной мощности предприятия. Отделение формования автоклавирования силикатного кирпича Потребность прессового отделения в силикатной смеси приведена выше. Выработка кирпича-сырца в прессовом отделении, млн. штук составит: в год РС; в месяц РСМ=РС/12; в неделю РСН=РС/iH; в сутки РСС=РС/iC; в час РСЧ=PС/iЧ. Количество кирпича, подвергающегося автоклавной обработке, млн. штук: в год РК; в месяц РКМ=РК/12; в неделю РКН=РК/iH; в сутки РКС=РК/iC; в час РКЧ=PК/iЧ.

Выпуск качественного кирпича, млн. штук: в год Р; в месяц РМ=Р/12; в неделю РН=Р/iH; в сутки РС=Р/iC; в час РЧ=P/iЧ. Принятые в расчетах потери сырьевых компонентов вычитаются из общих их расходов после каждого технологического передела (добыча, транспортирование, помол и т.д.). Подбор оборудования проводится с учетом этих потерь. Результаты материального баланса с учетом внесенных изменений сводятся в табл. 4. Таблица 4 Материальный баланс завода силикатного кирпича Подразделение завода

Материал

Карьер песка

Песок

Отделение приготовления вяжущего и силикатной смеси Отделение

Известь, вяжущее, силикатная смесь, вода Кирпичсырец,

Еди ница величины т(м3 ) т т т т млн . шт. млн . шт

год

Производительность в месяц недесутки лю

час

РП

Р ПМ

Р ПН

Р ПС

Р ПЧ

РИ РВ РСМ

Р ИМ Р ВМ РСММ

Р ИН Р ВН РСМН РН2ОН

Р ИС Р ВС РСМС

Р ИЧ Р ВЧ РСМ

РН2О

РН2О М

РС

РС

Р

РМ

М

Р СН РН

РН2О РС РС

С

Ч

С

РН2 О

Ч

Р СЧ РЧ

12

автоклавированный кирпич

формования и автоклавирования силикатного кирпича

Зерновой со То же

8. Карта технологического контроля производства силикатного кирпича Для обеспечения получения качественных силикатных изделий в процессе производства проводится контроль качества сырьевых материалов и продуктов их переработки на всех стадиях технологического процесса. Контролируемые параметры в производстве силикатного кирпича отражены в табл. 5. Таблица 5 Контролируемые параметры в производстве силикатного кирпича № Матеп/п риал

1

2

1

Песок

Контроли- Место Перио- Метод Макси руемый пара Отбора дичность контро- мально допус тимая Проб контроля ля погрешность измерения параметра 3 4 5 6 7

2

Известь

1 раз в сутки

Содержа