МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Білоруський державний ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра технології
ІНДИВІДУАЛЬНА РОБОТА
На тему: Аналіз технологічного процесу виробництва цементу
МІНСЬК 2009
Зміст
Введення
1. Технологічний процес виробництва цементу і його характеристика
1.1 Характеристика одержуваної продукції
1.2 Характеристика сировини, що використовується
1.3 Характеристика технології виробництва цементу
2. Динаміка трудовитрат при розвитку технологічного процесу виробництва цементу
3. Рівень технології технологічного процесу
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Технологія промислового виробництва в даний час набуває першочергового значення в прискоренні прогресу в науці і техніці. Вона органічно пов'язана з економічними науками.
На перший погляд здається, що знання технології зовсім необов'язково і, навіть, не потрібно. Але це помилкова думка. Знання технології допомагає економістам більш точно аналізувати господарську діяльність виробництв, підприємств, галузей і всієї промисловості в цілому, дозволяє виявити шляхи раціонального використання наявних резервів і зростання виробництва, вибирати найбільш ефективні способи використання сировини, матеріалів, палива. Економіст, який недостатньо знає виробництво, оперуючи економічними законами, категоріями, може не розгледіти того, що стоїть за ними, не може визначити чим викликано зміна економічних показників.
Знання технології допомагає вирішити головне завдання - забезпечити досягнення ефективності (max) при найменших витратах (min).
У даній роботі описується технологія виробництва цементу - одного з видів будівельних матеріалів, який в даний час набув широкого поширення.
1. Технологічний процес виробництва цементу і його характеристика
1.1 Характеристика одержуваної продукції
Цементна промисловість є однією з найважливіших галузей матеріального виробництва. Значення цієї галузі в народному господарстві визначається насамперед її нерозривним зв'язком з ходом капітального будівництва.
Цемент - один з найголовніших будівельних матеріалів, призначених для виготовлення бетонів, залізобетонних виробів, а так само для скріплення окремих деталей будівельних конструкцій, гідроізоляції і багатьох інших цілей.
Портландцемент - гідравлічне в'яжуче речовина, що отримується шляхом спільного тонкого подрібнення портландцементного клінкеру, гіпсу та деяких добавок. Виробництво складається з двох основних технологічних процесів: отримання клінкеру і його помел з відповідними добавками. Перший процес найбільш енергоємний і відповідальний, тому що від якості клінкеру залежать основні властивості цементу.
Існує кілька способів виробництва портландцементу:
1.сухой
2.мокрий
3.полусухой
4.комбінірованний
Вибір способу виробництва залежить від особливостей приготування сировинної суміші. Сухий спосіб передбачає приготування сировинної суміші з попередньо висушених тонкомелених компонентів і випал їх у порошкоподібному стані. При мокрому способі тонке подрібнення і гомогенізацію суміші здійснюють у водному середовищі. Отримана водна суспензія - шлам направляється на випал. Напівсухий спосіб пов'язаний з отриманням гранул із сировинної суміші, які потім надходять на випал. Комбінований спосіб включає операцію приготування сировинної муки по мокрому способу з подальшим зневодненням її на фільтрах. На випал надходить напівсуха маса.
Але напівсухий і комбінований спосіб застосовуються досить рідко, тому основними можна назвати сухий і мокрий способи. Мокрий спосіб залучає простотою подрібнення сировинних матеріалів та їх гомогенізації. Крім того, він забезпечує найкращі санітарно-гігієнічні умови роботи обслуговуючого персоналу і, незважаючи на те, що цей спосіб відрізняється великою енергоємністю, він набув найбільшого поширення.
Розглянемо технологічний процес виробництва портландцементу по мокрому способу докладніше.
1.2 Характеристика сировини, що використовується
Для виробництва портландцементу в якості сировинних матеріалів застосовують головним чином карбонатні і глинисті породи, а так само інші природні види сировини і штучні матеріали, приходило у вигляді промислових відходів.
Крім основних сировинних матеріалів у виробництві портландцементу використовують і різні коригувальні добавки.
Карбонатні породи можуть бути представлені у вигляді вапняку, крейди, вапняку-черепашнику, вапнякового туфу і т. д. У всіх цих породах поряд з CaCO3 можуть утримуватися домішки глинистих речовин, доломіту, кварцу, гіпсу ... Особливо хорошим сировиною є крейда, т. до . він легко подрібнюється при додаванні води.
В якості глинистої сировини зазвичай використовують глину або глинистий сланець.
В якості промислових відходів на деяких цементних заводах широко застосовуються доменні шлаки (відходи від виплавки чавуну), а так само нефеліновий шлам - відхід виробництва алюмінію з нефелінів. Нефеліновий шлам може повністю замінити глинистий компонент у сировинній суміші і приблизно на 50% карбонатний.
1.3 Характеристика технології виробництва продукції
Сировина на завод доставляється зазвичай великовантажним автотранспортом, хоча можливе використання стрічкових конвеєрів або гідротранспорту. Іноді цементні заводи будують біля великих покладів глини. Тоді глина дробиться безпосередньо на місці видобутку і, перемішана з водою потрапляє у гліноболтушку безпосередньо по трубопроводах.
Тверді породи попередньо дроблять в дробарках (дво-або тристадійному дроблення) до розмірів шматків 8-10 мм. М'які породи (глину і крейда) подрібнюють в дробарках до кусків розміром 100 мм, а потім розпускають в гліноболтушках - залізобетонних круглих резервуарах діаметром до 10 і висотою 2,5-3,5 м, футерованих зсередини чавунними плитами. У центрі бовтанки обертається хрестовина з прикріпленими до неї сталевими граблями для подрібнення глини.
Глину в бовтанку подають невеликими порціями разом з водою. Граблі розбивають великі шматки на зерна розміром не більше 3-5 мм, які легко розпускаються у воді. Отриманий шлам насосами перекачується у витратні бункери сировинного млина для помелу з подрібненим вапняком. Якщо в якості карбонатної сировини використовується крейда, то його заздалегідь (після дроблення) разом з глиною розпускають в болтушка, а потім домаливают в млинах. Великі включення збираються на дні резервуару і періодично видаляються.
Якість цементу істотно залежить від хімічного складу сировинної суміші, що надходить на випал. Проте через неоднорідність сировини хімічний склад може змінюватися. Тому необхідно постійно стежити за хімічним складом шихти і коригувати його в процесі роботи. Але контролювати склад шляхом безпосереднього забору проб з печі неможливо. Контроль досягається використанням вертикальних і горизонтальних Шламбасейни. Шлам з млина подається спочатку в перший вертикальний басейн. Шлам іншого складу поступає в другий вертикальний басейн. Знаючи точний хімічний склад цих двох шламів, можна розрахувати склад необхідного шламу. Шляхом перекачування потрібних кількостей шламу з цих басейнів в третій отримують готовий для випалу шлам. При перекачуванні відкоригованого шламу у вертикальний басейн його ретельно перемішують струменями стисненого повітря (аеруються). Перед подачею в піч шлам з вертикального басейну перекачують в горизонтальний, де його перемішують механічним способом.
Порційне коригування складу шламу - досить тривала і трудомістка технологічна операція. До того ж цей процес періодичний. Більш перспективний потоковий спосіб приготування сировинного шламу.
Хімічний склад шламу постійно перевіряється автоматично працюючими пробовідбірниками і рентгенівським квантометрів. Шлами з двох басейнів змішуються і потрапляють в третій - видатковий, пройшовши попередньо експрес-аналіз за допомогою складних електронних пристроїв.
Випал
Обпалюють сировинну суміш (шлам) в обертових печах різної довжини та діаметру. Паливо у вигляді газу або кам'яновугільної пилу вдувається в піч з нижнього кінця. Димові гази з температурою 150-200 ° С видаляються з боку верхнього кінця.
За характером процесів температурні зони в печі називають:
1) до 200 градусів - випаровування (сушіння шламу);
2) 200-800 градусів - підігріву;
3) 800-1000 градусів - декарбонаціі;
4) 1000-1300 градусів - екзотермічної реакції;
5) 1300-1450-1300 градусів - спікання;
6) 1300-1000 градусів - охолодження.
У зоні 3 відбувається процес розкладання CaCO3 за схемою
CaCO3 -> CaO + CO2
CaO у свою чергу вступає в з'єднання з елементами глинистого компонента CaO * Fe2O3; Cao * SiO2; CaO * Al2O3.
У зоні 4 відбувається насичення цих сполук до відповідних клінкерних матеріалів. У зоні 5 утворюється основна частина портландцементного клінкеру - Кальцева силікат 3CaCO * SiO2
Для утилізації теплоти відхідних газів і підвищення ступеня теплообміну між матеріалом і гарячими газами використовують різного виду теплообмінні пристрої. Так, в печах довжиною 185 м, що працюють по мокрому способу, застосовують фільтри-підігрівачі, ланцюгові завіси і металеві теплообмінники.
Фільтри-підігрівачі встановлюють в холодній частині печі на відстані 3-5 м. Фільтри-підігрівачі знижують запиленість газів, що відходять до 2-3% і зменшують витрата теплоти на 210 кДж / кг. Підвищення температури газів та їх запиленості призводить до загустіння шламу. Вологість шламу, що виходить з фільтра-підігрівача, не повинна бути нижче 33-35%, а температура газів в цій зоні - не більше 200 градусів.
На відстані 1 м від фільтра-підігрівача встановлює ланцюгові завіси. Довжина ланцюгової зони 40-50 м, маса ланцюгів 170-225 т, поверхня ланцюгів 3500-4500 м2. Ланцюги зазвичай навішуються двома способами: вільно звисаючими кінцями або гірляндами. Причому останній метод кріплення ефективніше. Ланцюги акумулюють теплоту газів і передають її шламу, прискорюючи тим самим процес сушіння. З ланцюгової зони шлам виходить у вигляді гранул.
У зоні підігріву печі встановлюють металеві теплообмінники. Застосування таких теплообмінних пристроїв збільшує інтенсивність підігріву матеріалу, який поділяється на кілька дрібних потоків. Відкрита поверхня матеріалу та швидкість прогріву збільшується, а температура газів знижується, що охороняє ланцюга від передчасного вигоряння. Однак на цій ділянці печі різко зростає запилювання матеріалу. Для зниження пиловиділення рекомендується стежити за вологістю матеріалу, яка не повинна перевищувати 2-3%.
При використанні коротких печей доцільніше застосовувати запечние теплообмінники: концентратори шламу і розпилювальні сушарки. Концентратори шламу збільшують продуктивність печі до 25%, а витрата теплоти знижують на 15-20%. Однак застосування їх стримується значним пиловиділенням, тому що значна частина шламу пересушується і потоком гарячого газу, що вимагає встановлення додаткових фільтрів. Розподільні сушарки через складність роботи форсунок, низького коефіцієнта паронапряженія, громіздкість конструкції і складності в експлуатації не знаходять широкого розповсюдження.
Клінкер, отриманий на виході з печі підлягає помолу в трубних млинах відкритого або замкнутого циклу. Тонкість помелу характеризується залишком на ситі і становить 8-12% для більшості цементів.
Зберігають готовий цемент у цементних силосах - залізобетонних ємностях діаметром 10-12 метрів і висотою 20-25м., Що вміщають 2500-4000т. цементу.
Основною якісною характеристикою цементу є його міцність (марка). Марка цементу відповідає межі міцності зразків 4 * 4 * 16см. на стиск, виготовлених з розчину 1:3 по масі з піском, твердевшіх 28 діб у воді при температурі 20 град. Міцність коливається від 300 до 600 кг/см2. Промисловість випускає цементи марок 400-550, а з особливих замовленнях - М600.
Особливості виробництва
Виробництво швидкотверднучого портландцементу (БТЦ), особобистротвердеющего портландцементу (ОБТЦ), сульфатостійкого портландцементу, пуцоланового портландцементу та інших цементів відрізняється рядом особливостей. БТЦ і ОБТЦ відрізняються від звичайного портландцементу інтенсивним набором міцності в перший період твердіння. БТЦ марки 400 через 3 доби забезпечує міцність при стисканні 25 МПа, а у віці 28 діб 40 МПа, БТЦ марки 500 відповідно 28 і 50 МПа.
Отримують БТЦ спільним подрібненням до питомої поверхні 3500-4000 см2 / г портландцементного клінкеру з вмістом СзS і СЗА близько 60-65% і гіпсу, вміст якого в перерахунку на S0з не повинно перевищувати 3,5%. Швидкотвердіючий портландцемент отримують з однорідної по складу сировинної суміші зі зниженим вмістом шкідливих домішок. Використання БТЦ і ОБТЦ у виробництві бетонних і залізобетонних виробах і конструкціях дозволяє скоротити час тверднення бетону.
Сульфатостійкі цементи, що утворюють цементний камінь, стійкий до агресивної дії вод, що містять сульфатні аніони SО2-4 .. До цієї групи цементів відносять сульфатостійкий портландцемент (без добавок і з мінеральними добавками), сульфатостійкий шлакопортландцемент, пуцолановий портланд-цемент. Отримують сульфатостійкі цементи подрібненням клінкеру з вмістом СЗА не більше 5%, Сз5 - 50%, СЗА + С4АР-22% з добавками і без добавок. За ГОСТ 22266-76 (сізм.) сульфатостійкі цементи мають марки 300, 400 і 500.
При виготовленні шлакопортландцементу в якості активної мінеральної добавки застосовують гранульований доменний шлак. Шлаки можна вводити не тільки на стадії помелу, але і при отриманні клінкеру, замінюючи частину глинистого компонента. Це знижує витрату палива, так як не потрібні витрати теплоти на розкладання глини.
Сировинну суміш з використанням шлаку можна отримувати як сухим, так і мокрим способом. Більш поширений сухий спосіб, тому що при мокрому способі шлак швидко розшаровується внаслідок випадання в осад частинок шламу. Суміш готують шляхом сумісного помелу вапняку і шлаку в млинах по замкнутому циклу, причому помел суміщають з сушінням. Якщо шлак має вологість більше 10%, то його попередньо сушать у сушильних барабанах при температурі не вище 600-700 ° С. Підвищення температури призводить до расстекловиванію шлаку і зниження його активності. Отримують шлакопортландцемент помелом у багатокамерних млинах клінкеру, висушеного шлаку і гіпсу. Кількість кислих шлаків в шлакопортландцементі 30-40%, основних - 50-60%.
Швидкотвердіючий шлакопортландцемент виготовляють більше тонким подрібненням звичайної сировинної суміші (до 4000-5000 см2 / г), використовуючи для цього двустадійность помел: спочатку подрібнюють клінкер, а потім клінкерна порошок, шлак і гіпс.
Вий цемент отримують спільним помелом клінкеру, гіпсу та активної мінеральної добавки (20-40%). Добавки перед помелом подрібнюють і сушать до вологості 1-2%. Спільний помел роблять у багатокамерних трубних млинах з відкритого циклу так як більшість активних мінеральних добавок менш міцні, ніж клінкер. У разі використання щільною, твердою добавки помел ведуть по замкнутому циклу.
2.Динаміка трудовитрат при розвитку технологічного процесу
Виходячи з динаміки трудовитрат, розрізняють 2 можливих варіанти розвитку технологічного процесу - обмежене і необмежене. Побудуємо графік зміни живої і минулої праці для визначення варіанту розвитку техпроцесу. Наші вихідні дані: Тж = 500 / (27t +675) і Тп = 0,02 t +0.5:
Таблиця 2.1. Динаміка трудовитрат.
Роки
Тж
Тп
Тж + Тп
Тж / Тп
dТж / dТп
1
0,712251
0,52
1,232250712
1,369713
2
0,685871
0,54
1,225871056
1,270132
-1,31898
3
0,661376
0,56
1,221375661
1,181028
-1,22477
4
0,63857
0,58
1,218569604
1,100982
-1,1403
5
0,617284
0,6
1,217283951
1,028807
-1,06428
6
0,597372
0,62
1,217371565
0,963503
-0,99562
7
0,578704
0,64
1,218703704
0,904225
-0,93339
8
0,561167
0,66
1,221167228
0,850253
-0,87682
9
0,544662
0,68
1,224662309
0,800974
-0,82525
10
0,529101
0,7
1,229100529
0,755858
-0,77809
Рис. 2.1. Обмежена динаміка трудовитрат.
За допомогою графіка та аналітичної таблиці вдалося встановити, що в нашому випадку має місце обмежений варіант розвитку. Момент часу до якого розвиток доцільно дорівнює t = 4,9 м.
У нашому техпроцесі має місце трудосберегающий техпроцес, тому що Тж-зменшується, а Тп - зростає.
Встановимо в якій мірі знижуються витрати Тж у міру зростання Тп. Для цього знайдемо відношення (Тж) "= dТж / dТп (дане співвідношення відображено у таблиці 1.1) Ми бачимо, що значення відношення зростає => реалізується зростаючий тип віддачі додаткових витрат уречевленої праці.
3. Рівень технології технологічного процесу
У нашому техпроцесі ми виявляємо обмежений шлях розвитку, який називається раціоналістичним. Він пов'язаний із зменшенням витрат живої праці за рахунок зростання витрат минулої праці. Разом з тим жива праця зменшується більшою мірою, ніж зросте минулий працю. Раціоналістичне / еволюційне / розвиток з економічної точки зору завжди краще », ніж шлях евристичного / революційного / розвитку технологічного процесу. Це пов'язано з додатковими витратами на науково-дослідні, роботи при евристичному вдосконаленні технології. Однак суть раціоналістичного розвитку принципово обмежений Розрахуємо параметри технологічного процесу L, B, Y для моменту часу t = 3.
Скористаємося моделлю раціоналістичного розвитку техпроцесу.
L = (3.1.)
де L-продуктивність праці; B - технологічна озброєність; Y-рівень технології, Y *- відносний рівень технології.
L = 1/Тж = 1,512
B = Тп / Тж = 0,84672
У = (1/Тж) * (1/Тп) = 2,7
У *= У / L = 1/Тп = 1,7857
Це співвідношення справедливо для механізованих процесів і є математичною моделлю закону раціоналістичного розвитку техпроцесу.
Таблиця 3.1. Математична модель закону раціоналістичного розвитку техпроцесу
Роки
L = 1/Тж
B = Тп / Тж
У = (1/Тж) * (1/Тп)
У *= У / L = 1/Тп
1
1,404
0,73008
2,7
1,923076923
2
1,458
0,78732
2,7
1,851851852
3
1,512
0,84672
2,7
1,785714286
4
1,566
0,90828
2,7
1,724137931
5
1,62
0,972
2,7
1,666666667
6
1,674
1,03788
2,7
1,612903226
7
1,728
1,10592
2,7
1,5625
8
1,782
1,17612
2,7
1,515151515
9
1,836
1,24848
2,7
1,470588235
10
1,89
1,323
2,7
1,428571429
Очевидно, що У *> L протягом перших 5-и років, звідси випливає, що раціоналістичне розвиток техпроцесу виробництва вапна доцільно до 4 роки включно. Далі воно стає недоцільним.
Рис 4.1 Схема технологічного процесу виробництва портландцементу.
Рис 4.2. Пооперационная структура технологічного процесу виробництва портландцементу:
- Предметні зв'язки;
- Тимчасові зв'язки.
Рис 4.3. Структура операцій процесу виробництва портландцементу:
- Предметні зв'язки;
- Тимчасові зв'язки.
Рис 4.4. Структура технологічного переходу операцій процесу виробництва портландцементу:
- Предметні зв'язки;
-Тимчасові зв'язки.
Висновок
У виробництві портландцементу за характером технологічного циклу використовується безперервний технологічний процес. Його перевага полягає в тому, що він дозволяє здійснювати найбільш вигідне в економічному сенсі виробництво, яке здійснюється безперервно. Однак слід зазначити, що виробництво вапна шахтним способом є найбільш економічно-вигідним виробництвом, але якість продукції незначно поступається іншим видам виробництва вапна.
Список використаної літератури
1.Гаряев С.Г., Сопін М.В. Основи технології та техніко-економічна оцінка виробництва будівельних матеріалів, виробів та конструкцій БелГТАСМ Чаус К.В.,
2. Сулименко Л.М. Технології мінеральних в'яжучих матеріалів і виробів на їх основі: Учеб. для вузів. - 3-е изд., Перераб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2000
3. Чистов Ю.Д., Лабзіна Ю.В.: Технологія виробництва будівельних матеріалів, виробів та конструкцій; М.: Стройиздат 1988
4. Ченцов І.В.. Основи технології найважливіших галузей промисловості. Мн.: Вишейшая школа 1989.