Технологический расчет сырьевой смеси для производства цемента
При термической диссоциации углеводороды разлагаются на более простые и водород. Если процесс окисления не завершается полностью, то в отходящих газах печи появляется СО и водород, исходные неокисленные углеводороды и метан. При этом пламя получается короткое и прозрачное. Длинный светящийся факел образуется при относительно грубом распылении мазута, большой скорости вылета из форсунки и малом… Читать ещё >
Технологический расчет сырьевой смеси для производства цемента (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
- 1. Определение возможности расслоения сырьевого шлама
- 1.1 Характеристика сырьевых материалов
- 1.2 Характеристика сырьевого шлама
- 2. Определение скорости осаждения сырьевых компонентов в зависимости от гранулометрии при заданной температуре шлама
- 3. Расчет горения топлива
- 3.1 Характеристика жидкого топлива
- 3.2 Расчет горения твёрдого топлива
- 4. Расчёт количества расплава в клинкере
- 4.1 Клинкер и его характеристика
- 4.2 Расчет трехкомпонентной сырьевой смеси
- Список используемой температуры
1. Определение возможности расслоения сырьевого шлама.
1.1 Характеристика сырьевых материалов.
Доломит CaMg[CO3]2 Химический состав. Двойная соль СаСО3-МgСО3; окись кальция (СаО) 30,4%, окись магния (MgO) 21,7%, двуокись углерода (СО2) 47,9%; изоморфные примеси: железо, марганец (до нескольких процентов).
Форма кристаллов ромбоэдрические; грани кристаллов часто искривлены. Кристаллическая структура характеризуется тем, что ионы кальция (Са) и магния (Mg) чередуются вдоль тройной оси. Класс симметрии: ромбоэдрический — 3. Спайность: совершенная по ромбоэдру. Агрегаты: обычно зернистые, часто пористые, реже почковидные, ячеистые, шарообразные.
Свойства минерала. Сингония тригональная. Удельный вес 2,8—2,95. Цвет Серовато-белый с желтоватым, буроватым, реже зеленоватым оттенком. Цвет черты: белый, светло-серый. Прозрачность: прозрачен, просвечивает. Твердость 3,5−4. Поведение в кислотах: в холодной НСl растворяется медленно, а в подогретой — быстрее (с сильным вскипанием). При нагревании не плавится, а растрескивается.
Мусковит KAL2[ALSi3O10](OH2). Название происходит от английского слова «Московия» распространенное на Западе в средние века. Встречаются бесцветные кристаллы, но чаще окрашены в зеленый цвет. Среди слюд отличается наиболее высокими электроизоляционными свойствами.
Широко распространён в интрузивных горных породах, пегматитах, гидротермальных жилах (Забайкалье, Карелия).
Искусственно получают при температуре примерно 1400оС путем кристаллизации из силикатного расплава, содержащего фториды.
Магнетит (устаревший синоним — магнитный железняк) FeO· Fe2O3 —минерал чёрного цвета, обладает сильными магнитными свойствами. Название — от античного города Магнесия в Малой Азии.
Свойства минерала. Кристаллы кубической сингонии (структура шпинели). Цвет чёрный. Блеск обычно металлический, но иногда бывает жирно-смоляной или матовый. Непрозрачен. Твёрдость 5,5—6. Плотность 4,9—5,2. Иногда наблюдается несовершенная спайность по (111). Излом раковистый или неровно-ступенчатый. Порошок медленно растворим в HCl.
Имеет магнитные свойства. Может изменять показания компаса. По данному признаку его можно найти: стрелка компаса показывает на магнетит и его залежи.
Распространение в природе. Распространён весьма широко, образует большие скопления и рудные залежи. Встречается в виде кристаллов октаэдрического и ромбододекаэдрического облика, нередко образующих друзы, кристаллические сростки и щётки. Также плотные сливные массы, вкрапленники в сланцах и других метаморфических породах, вкрапленные и полосчатые руды. Встречается также в виде окатанных зёрен в осадочных горных породах и в россыпях.
1.2 Характеристика сырьевого шлама.
Сырьевой шлам представляет собой дисперсную систему, в которой дисперсной фазой служат доломит, мусковит и магнетит, а дисперсионной средой — вода. Твердая фаза является полидисперсным материалом, размер частиц которой изменяется от 3 до 200 мкм. Общее содержание твердой фазы колеблется в шламах от 35 до 50%. Такие шламы могут рассматриваться как коллоидные системы. Как каждая коллоидная система, шламы характеризуются определенными структурно-механическими свойствами — вязкостью, предельным напряжением сдвига и способны к коагуляции или пептизации.
Сырьевой шлам состоит из крупных гидратированных частичек, ядром которых являются зерна минерала. Первичный слой вокруг таких частиц создают адсорбированные катионы (К+, Na+, Ca2+, Mg2+), диполи воды и мельчайшие положительно заряженные частицы гидроксидов железа и алюминия. Диффузный слой в такой мицелле состоит из отрицательно заряженных глинистых частичек, диполей воды и анионов. Диффузный слой поддерживает общую электронейтральность и не имеет определенную ориентировку. Частицы сильно обводнены. Избыточная вода образует водные прослойки между агрегатами. В однородном известняково-глиняном шламе вся глиняная фаза полностью вбирается в диффузионные слои вокруг более крупных частиц. В шламах на монтмориллонитовых глинах диффузные оболочки очень рыхлые, т.к. они вбирают в себя очень много воды. Шламы на таких глинах характеризуются повышенной влажностью (40−50%) и вязкостью, а также малой текучестью. В связи с этим при мокром способе производства цемента нежелательно выбирать набухающие глины. Шламы на каолинитовых глинах, имеющие менее рыхлые диффузные оболочки, характеризуются пониженной водопотребностью. В известняково-шлаковых шламах из-за отсутствия глины диффузные оболочки вокруг частиц очень невелики, частицы относительно легко гидратируются. Поэтому такой шлам быстро осаждается и загустевает. Аналогичное строение имеют также нефелиновый и зольный шлам.
Вязкость структурированных шламов велика и они не текучи. Однако под действием механических сил из диффузных оболочек отжимается часть избыточной воды. Образуются водные прослойки между агрегатами, частицы могут скользить друг по другу, и система становится текучей. Наибольшая текучесть возникает тогда, когда все контакты между агрегатами нарушены.
2. Определение скорости осаждения сырьевых компонентов в зависимости от гранулометрии при заданной температуре шлама.
Исходные данные:
Температура шлама: 200С.
Компонент № 1. | Компонент № 2. | Компонент № 3. | |||
Название. | Доломит. | Мусковит. | Магнетит. | ||
Форма частиц. | Пластинчатые. | Округленные. | Угловатые. | ||
Плотность. | |||||
Гранулометрический состав, %. | 0,001. | 0,2. | 0,01. | ||
0,0008. | 0,8. | 0,01. | |||
0,0007. | 0,02. | ||||
0,0005. | 0,06. | ||||
0,0004. | 0,5. | ||||
0,0003. | 0,3. | ||||
0,0002. | 0,1. | ||||
0,15. | |||||
0,0001. | |||||
0,5. | |||||
0,4. | |||||
0,3. | 0,5. | ||||
0,2. | 0,5. | ||||
Данные для расчета:
сс=1000 кг/м3;
м=0.001 Па*с;
g=9.81 м/с2.
Объем и эквивалентный диаметр рассчитываются по следующим формулам:
— для пластинчатых:
V=0.01*d3;
dэ=(6*V/р)1/3;
— для угловатых:
V=d3/3*2½;
dэ=(6*V/р)1/3.
Доломит. Пластинчатые частицы.
Объём частицы. | Эквивалентный диаметр | Критерий Ar. | Критерий Ly. | Скорость осаждения. | |
1E-11. | 0,267 301. | 355,9787. | 0,5. | 0,0210. | |
5,12E-12. | 0,213 841. | 182,2611. | 0,17. | 0,0147. | |
3,43E-12. | 0,187 111. | 122,1007. | 0,12. | 0,0131. | |
1,25E-12. | 0,13 365. | 44,4973. | 0,026. | 0,0079. | |
6,4E-13. | 0,10 692. | 22,7826. | 0,01. | 0,0057. | |
2,7E-13. | 8,01903E-05. | 9,6114. | 0,003. | 0,0038. | |
8E-14. | 5,34602E-05. | 2,8478. | 0,0004. | 0,0020. | |
3,375E-14. | 4,00951E-05. | 1,2014. | 0,12. | 0,0013. | |
1E-14. | 2,67301E-05. | 0,3560. | 0,0000. | ||
1,25E-15. | 1,3365E-05. | 0,0445. | 0,0000. | ||
6,4E-16. | 1,0692E-05. | 0,0228. | 0,0000. | ||
2,7E-16. | 8,01903E-06. | 0,0096. | 0,0000. | ||
8E-17. | 5,34602E-06. | 0,0028. | 0,0000. | ||
Мусковит. Округленные частицы.
Эквивалентный диаметр | Критерий Ar. | Критерий Ly. | Скорость осаждения. | |
0,001. | 19 620,0000. | 0,2141. | ||
0,0008. | 10 045,4400. | 0,1252. | ||
0,0007. | 6729,6600. | 0,1095. | ||
0,0005. | 2452,5000. | 0,0756. | ||
0,0004. | 1255,6800. | 10,5. | 0,0591. | |
0,0003. | 529,7400. | 0,0389. | ||
0,0002. | 156,9600. | 0,7. | 0,0239. | |
0,15. | 66,2175. | 0,18. | 0,0152. | |
0,0001. | 19,6200. | 0,02. | 0,0073. | |
0,5. | 2,4525. | 0,0008. | 0,0025. | |
0,4. | 1,2557. | 0,0003. | 0,0018. | |
0,3. | 0,5297. | 0,0002. | 0,0016. | |
0,2. | 0,1570. | 0,12. | 0,0013. | |
Магнетит. Угловатые частицы.
Объём частицы. | Эквивалентный диаметр | Критерий Ar. | Критерий Ly. | Скорость осаждения. | |
2,35702E-10. | 0,766 399. | 8390,4979. | 0,13 419 176. | ||
1,2068E-10. | 0,613 119. | 4295,9349. | 0,10 467 135. | ||
8,08459E-11. | 0,536 479. | 2877,9408. | 0,789 167. | ||
2,94628E-11. | 0,3 832. | 1048,8122. | 0,6 593 882. | ||
1,50849E-11. | 0,30 656. | 536,9919. | 0,4 342 953. | ||
6,36396E-12. | 0,22 992. | 226,5434. | 0,75. | 0,3 131 811. | |
1,88562E-12. | 0,15 328. | 67,1240. | 0,15. | 0,1 831 494. | |
7,95495E-13. | 0,11 496. | 28,3179. | 0,03. | 0,1 071 064. | |
2,35702E-13. | 7,66399E-05. | 8,3905. | 0,004. | 0,547 178. | |
2,94628E-14. | 3,832E-05. | 1,0488. | 0,15. | 0,183 149. | |
1,50849E-14. | 3,0656E-05. | 0,5370. | 0,12. | 0,170 021. | |
6,36396E-15. | 2,2992E-05. | 0,2265. | 0,11. | 0,16 516. | |
1,88562E-15. | 1,5328E-05. | 0,0671. | 0,0001. | 0,159 996. | |
Задаем содержание компонентов в следующих соотношениях, %: | ||||
Доломит: | ||||
Мусковит: | ||||
Магнетит: | ||||
Выполним пересчет частиц в соответствии с содержанием компонентов:
Компонент № 1. | Компонент № 2. | Компонент № 3. | |||
Название. | Доломит. | Мусковит. | Магнетит. | ||
Форма частиц. | Пластинчатые. | Округленные. | Угловатые. | ||
Гранулометрический состав, %. | 0,001. | 0,79. | 0,038. | 0,0002. | |
0,0008. | 0,79. | 0,152. | 0,0002. | ||
0,0007. | 1,58. | 0,19. | 0,0004. | ||
0,0005. | 3,16. | 0,57. | 0,0012. | ||
0,0004. | 3,16. | 0,95. | 0,01. | ||
0,0003. | 3,95. | 3,8. | 0,006. | ||
0,0002. | 9,48. | 7,6. | 0,002. | ||
0,15. | 19,75. | 3,8. | 0,04. | ||
0,0001. | 19,75. | 0,95. | 0,1. | ||
0,5. | 9,48. | 0,57. | 0,14. | ||
0,4. | 3,95. | 0,19. | 0,3. | ||
0,3. | 1,58. | 0,095. | 0,5. | ||
0,2. | 1,58. | 0,095. | 0,9. | ||
Примем следующие скорости осаждения для минералов:
Доломит: | 0,0012. | м/с. | |
Мусковит: | 0,0024. | м/с. | |
Магнетит: | 0,0016. | м/с. | |
Количество осевших в компонентах частиц будет равно:
Компонент № 1. | Компонент № 2. | Компонент № 3. | |||
Название. | Доломит. | Мусковит. | Магнетит. | ||
Форма частиц. | Пластинчатые. | Округленные. | Угловатые. | ||
Гранулометрический состав, %. | 0,0001. | 19,75. | ; | ; | |
0,5. | 9,48. | ; | ; | ||
0,4. | 3,95. | 0,19. | ; | ||
0,3. | 1,58. | 0,095. | ; | ||
0,2. | 1,58. | 0,095. | 0,9. | ||
Сумма: | 36,34. | 0,38. | 0,9. | ||
Количество осевших в смеси частиц будет равно:
Наименование. | Количество осевших частиц, %. | |
Доломит. | 36,34. | |
Мусковит. | 0,38. | |
Магнетит. | 0,9. | |
Смесь. | 37,62. | |
3. Расчет горения топлива.
3.1 Характеристика жидкого топлива.
Производительность вращающихся печей и удельный расход тепла в них зависят от целого ряда факторов и в том числе от режима работы (в первую очередь от разности температуры газов и материала), расхода топлива и сырья в единицу времени.
Жидкое топливо. В цементной промышленности применяют высокосернистый и высокопарафинистый мазут, который теряет свою подвижность при температуре 10…30о С из-за нарастающей вязкости.
Мазут — густая тёмно-бурая жидкость, остаток от перегонки нефти, состоящий из парафинов, нафтенов и ароматических углеводородов. Тепло-творная способность мазута изменяется:8500…10 000 ккал/кг. Смесь углеводородов, испаряющихся и разлагающихся при повышении температуре, образует продукты разложения в виде СО, Н2, С которые окисляясь образуют факел. Как правило, на заводе имеется месячный запас мазута, который хранится в металлических емкостях. Предварительно мазут подают в расходные баки, в которых он подогревается до температуры 70…120оС, и только после этого поступает в мазутные горелки — форсунки. При поступлении в горелку неподогретого мазута возможна сильная пульсация (50оС) или вспенивание (80оС). Скорость сгорания мазута, как и интенсивность излучения, несколько ниже, чем угольного топлива. Поэтому удельный расход мазута на обжиг на 5…7% выше.
Теплота диссоциации — энергия необходимая для разложения мазута на составляющие, способные вступать в реакции окисления. Пирогенетическое разложение начинается при 400оС и протекает весьма интенсивно при повышении температуры.
При термической диссоциации углеводороды разлагаются на более простые и водород. Если процесс окисления не завершается полностью, то в отходящих газах печи появляется СО и водород, исходные неокисленные углеводороды и метан. При этом пламя получается короткое и прозрачное. Длинный светящийся факел образуется при относительно грубом распылении мазута, большой скорости вылета из форсунки и малом избытке воздуха. Распыление мазута выполняет ту же роль, что и помол угля, и горение протекает тем лучше, чем меньше размер капель.
Расчет горения топлива сводится к определению теплоты горения топлива, количества воздуха, необходимого для сгорания топлива (теоретического и действительного, соответственно L°B и и выхода продуктов горения Lnr. Для расчета необходимо знать состав рабочей массы топлива и коэффициент избытка воздуха а, который для вращающихся печей изменяется от 1,05 до 1,3 в зависимости от вида используемого топлива.
3.2 Расчет горения твёрдого топлива.
Состав горючей массы мазута, %. | |||||||
С г. | Нг. | Sг. | Nг. | Oг. | Aр | Wр | |
87,6. | 10,5. | 0,9. | 0,7. | 0,3. | 0,3. | ||
б= 1,1.
Определение состава рабочего топлива.
Состав влажного рабочего топлива, %. | |||||||
С р | Нр | Sр | Nр | Oр | Aр | Wр | |
83,83. | 10,05. | 0,86. | 0,67. | 0,29. | 0,30. | 4,00. | |
Теплотворная способность топлива.
Qp = 38 731,94 кДж/кг.
Теоретический объемный расход воздуха:
L0 = 10,13 м3/кг.
Теоретический массовый расход воздуха:
m0 = 13,10 кг/кг.
Действительный расход воздуха.
Lg = 11,15 м3/кг.
Mg = 14,41 кг/кг.
Выход продуктов полного горения при б=1,1. | ||||||
CO2. | H2O. | N2. | O2. | Сумма. | ||
L, м3/кг. | 1,56. | 1,18. | 8,86. | 0,21. | 11,81. | |
m, кг/кг. | 3,08. | 0,95. | 11,08. | 0,30. | 15,42. | |
Материальный баланс горения топлива (на 100 кг топлива). | ||||
Приход материалов. | кг. | Выход материалов. | кг. | |
Мазут. | 100,00. | 1. Углекислый газ CO2. | 308,27. | |
Воздух. | 1441,46. | 2. Водяные пары H2O. | 94,59. | |
3. Азот N2. | 1108,47. | |||
4. Кислород O2. | 30,41. | |||
Итого: | 1541,46. | Итого: | 1541,75. | |
Невязка баланса = 0,18 393%.
сырьевой шлам клинкерный смесь.
4. Расчёт количества расплава в клинкере.
4.1 Клинкер и его характеристика.
Цементная сырьевая смесь готовится из природных компонентов и отходов промышленности. Технологический расчет сырьевой смеси состоит в нахождении соотношений материалов в смеси, обеспечивающих получение клинкера с заранее определенным рядом характеристик. Для производства цемента используется сырьевая смесь, состоящая из четырех основных оксидов: оксид кальция — СаО, оксид кремния — SiO2, оксид алюминия — А12О3 и оксид железа — Fe2O3. Эти четыре оксида очень редко встречаются в необходимом соотношении в одном виде сырья. Kaк правило, для трехкомпонентной сырьевой смеси используют известковый компонент (СаО), глинистый компонент (SiО2, A12O3) и корректирующую добавку, которая чаще всего служит источником Fe2O3.
Содержание отдельных оксидов в портландцементном клинкере колеблется незначительно. Поэтому проектировать состав клинкера по отдельным оксидам обычно не принято. Более важной характеристикой клинкера является соотношение между отдельными оксидами и содержание клинкерных минералов.
Клинкер характеризуется тремя модулями:
· гидравлический, или основной:
;
· кремнеземистый, или силикатный:
;
· глиноземистый, или алюминатный:
.
Обычно значения модулей колеблются в следующих пределах: m=1,9−2,4; n=1,7−3,5; р=1−3.
Введение
коэффициента насыщения позволило отказаться от использования гидравлического модуля.
При расчете КН используют формулу:
Зная КН и химический состав клинкера, можно определить его минералогический состав.
Величина КН однозначно определяет отношение между C3S и C2S. При КН выше 0,92 количество C3S в клинкере больше 60, и клинкер относится к алитовым. При КН меньше 0,81 количество алита меньше 37% и клинкер относится к белитовым.
4.2 Расчет трехкомпонентной сырьевой смеси.
Исходное содержание оксидов в клинкере (масс. %). | |||||||
CaO. | SiO2. | MgO. | R2O. | Al2O3. | Fe2O3. | Сумма. | |
Пересчет на 100%. | |||||||
CaO. | SiO2. | MgO. | R2O. | Al2O3. | Fe2O3. | Сумма. | |
66,136. | 22,045. | 1,102. | 2,205. | 5,511. | 3,000. | 100,000. | |
65,864. | 21,955. | 1,098. | 2,195. | 5,489. | 3,400. | 100,000. | |
65,591. | 21,864. | 1,093. | 2,186. | 5,466. | 3,800. | 100,000. | |
65,318. | 21,773. | 1,089. | 2,177. | 5,443. | 4,200. | 100,000. | |
65,045. | 21,682. | 1,084. | 2,168. | 5,420. | 4,600. | 100,000. | |
64,773. | 21,591. | 1,080. | 2,159. | 5,398. | 5,000. | 100,000. | |
64,500. | 21,500. | 1,075. | 2,150. | 5,375. | 5,400. | 100,000. | |
64,227. | 21,409. | 1,070. | 2,141. | 5,352. | 5,800. | 100,000. | |
63,955. | 21,318. | 1,066. | 2,132. | 5,330. | 6,200. | 100,000. | |
63,682. | 21,227. | 1,061. | 2,123. | 5,307. | 6,600. | 100,000. | |
63,409. | 21,136. | 1,057. | 2,114. | 5,284. | 7,000. | 100,000. | |
Характеристики. | |||||
КН. | n. | p. | G1350. | G1450. | |
0,907. | 2,590. | 1,837. | 20,654. | 26,591. | |
0,905. | 2,470. | 1,614. | 21,476. | 27,409. | |
0,902. | 2,360. | 1,438. | 22,298. | 28,227. | |
0,900. | 2,258. | 1,296. | 23,120. | 29,045. | |
0,898. | 2,164. | 1,178. | 23,942. | 29,864. | |
0,895. | 2,077. | 1,080. | 24,764. | 30,682. | |
0,893. | 1,995. | 0,995. | 25,586. | 31,500. | |
0,890. | 1,920. | 0,923. | 26,408. | 32,318. | |
0,888. | 1,849. | 0,860. | 27,230. | 33,136. | |
0,885. | 1,783. | 0,804. | 28,052. | 33,955. | |
0,883. | 1,721. | 0,755. | 28,874. | 34,773. | |
Вывод.
Ш По полученным данным можно сделать вывод о том, что оптимальное значение силикатного модуля (n) для получения расплава в количестве 20−30% находится в пределах 2,59−2,164.
Ш По полученным данным можно сделать вывод о том, что оптимальное значение глиноземистого модуля (p) для получения расплава в количестве 20−30% находится в пределах 1,178−1,837.
Ш По полученным данным можно сделать вывод о том, что оптимальное содержание оксида железа для получения расплава в количестве 20−30% находится в пределах до 5%.
Список используемой температуры.
1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л. «Химия», 1987 г, 578 с.
2. Справочник по проектированию цементных заводов. Под редакцией С. И. Данюшевского. Л. Стройиздат. 1969 г. 240 с.
3. Методические указания к дипломному проектированию. Материальный баланс завода. Теплотехнические расчеты тепловых агрегатов.№ 136. Белгород — 1978 г.
4. Справочник по производству цемента. Под редакцией И. И. Холина. М. Госстройиздат.1963 г.
5. Бутт Ю. М., Сычев М. М. Химическая технология вяжущих материалов. Учебник для вузов.-М.: Высш. школа, 1980.-472с.