Введение
По данному дипломному проекту планируется завод по производству легкого заполнителя с использованием техногенного сырья. На сегодняшний день в Казахстане производство легкого заполнителя в целом не распространено. Условия для жизни, развития определяются экологическими показателями. То есть мелкими в глобальном масштабе моментами которые так или иначе влияют на организмы. В настоящее время угроза экологического загрязнения земли техногенными отходами довольно таки высока. В районах функционирования предприятии накапливается тысячи тонн отходов. Которые создают опасность для людей. Лишь малая часть этих отходов идет как вторсырье на заводы. Большая часть сжигается, что тоже не выход. Использование техногенных отходов в производстве имеет не мало плюсов, среди которых экономия энергосырьевых ресурсов, утилизация отходов и улучшение экологической обстановки в регионах. В данном дипломном проекте хотелось бы отметить о необходимости принимать конкретные меры по сокращению объемов существующих техногенных отходов и для предотвращения их накопления в дальнейшем.
На международном конгрессе по минеральным ресурсам и металлургии упоминалось, что в стране накопилось более 30 миллиардов тонн техногенных отходов, значительная часть которых токсична. Техногенные отходы на данный момент можно рассматривать как самостоятельную сырьевую базу. В первую очередь этот вид сырья требует тщательной обработки. Работы в данном направлении ведутся во всем мире. Из отходов возможно получить прекрасные строительные материалы ничем не уступающие другим. Почти во всех регионах нашей страны имеется весьма значительный запас техногенных отходов, пригодных для изготовления искусственных пористых заполнителей. Применение этих отходов позволит снизить стоимость заполнителей, сохранить земельные угодья, уменьшить загрязнение окружающей среды. Использование техногенных отходов в качестве пористых заполнителей всегда экономически и экологически целесообразно. Президент Н.А Назарбаев в своем послании народу «Казахстан 2050» - новый политический курс состоявшегося государства» одним из вызовов предстоящего десятилетия назвал исчерпаемость природных ресурсов. При этом глава государства особо отметил, что для дальнейшего успешного развития и процветания нашей страны необходимо переосмыслить отношение к природным богатствам. Данное производство подразумевает использование фосфорного шлака для изготовления легкого заполнителя. Шлаки – продукты высокотемпературного взаимодействия компонентов исходных материалов – топлива, руды, плавней и газовой среды. Это сырье имеет множество ценных качеств и при этом очень долго пробивало путь к широкому применению в строительной промышленности. Во многих районах страны из шлака построены многоэтажные дома, промышленные здания, возведены мосты и плотины, проложены ленты автострад. Из обременительного отхода он становится признанным сырьем строительной промышленности.
На территории Казахстана сушествуют фосфорные производства, отходы которых не используются. Проектируемый завод частично решает эту проблему, путем использования отходов в производстве легкого заполнителя. Которые в дальнейшем могут использоваться в производстве легкого бетона.
Обоснование района строительства завода.
В городе Тараз, Джамбульской области планируется завод по производству легкого заполнителя с мощностью 150 тыс м3 в год. Расположен в южной части республики, на равнине в долине реки Талас. Занимает площадь примерно 150 км². К югу от города расположены отроги Западного Тянь-Шаня, а к западу горы Каратау.
Положение города внутри континента, на стыке северных и южных типов пустынь, наличие по соседству снеговых гор определяют особенности циркуляционного режима, для которого характерно преобладание антициклональной деятельности.
Климат района носит промежуточные черты между континентальным субтропическим климатом равнин Средней Азии и континентальным климатом умеренных широт Казахстана.
В зимний период здесь преобладают континентальные воздушные массы умеренных широт. Циркуляционные процессы определяются положением и деятельностью полярного и арктического фронтов и позицией «казахстанского» отрога азиатского антициклона. Зимний сезон характеризуется неустойчивой, довольно холодной погодой, обусловленной ощутимым температурным контрастом воздушных масс, активизирующих циклоническую деятельность.
Летом, особенно в июле, малые барические градиенты способствуют ослаблению циркуляционных процессов и циклонической деятельности, которая почти приостанавливается, довольно значительно проявляясь лишь в небольших колебаниях температуры воздуха и облачности.
· Среднегодовая температура воздуха — 11.3 °C
· Относительная влажность воздуха — 60.3 %
· Средняя скорость ветра — 2,3 м/с
Эта местность наиболее подходит для размещения данного типа производства, так как сырьевых ресурсов в этом районе более чем достаточно. Наличие в городе трудоспособного населения обеспечит персонал для производства. Это поможет уменьшить уровень безработицы в городе, которая составила в этом году 10,8%.
Качественными кадрами может обеспечить Таразкий государственный университет. Учебное заведение, основанное на базе трех университетов города Тараз, выпускает квалифицированных работников с 1998 года.
Город Тараз стремительно- развивающийся город. На данный момент является одним из крупнейших городов республики после Алматы, Астаны, Шымкента, Караганды и Актобе . Население — 348,1 тыс. чел. Город развит автомагистралями, имеется ЖД вокзал и аэропорт.
Жамбылская область является уникальной базой фосфоритового и плавикошпатового сырья, богата цветными металлами, баритом, облицовочными, поделочными и техническими камнями, строительными материалами, что определяет развитие промышленности города Тараза.
Предприятия химической отрасли выпускающий желтый фосфор, фосфорно-калийные минеральные удобрения, электродную массу, триполифосфат натрия, желтый фосфор, ортофосфорную кислоту, азотные и фосфатные удобрения (аммофос, сульфоуголь).
3763 предприятий, из них 3465 субъектов малого предпринимательства.
Количество действующих предприятий составляет 2912 единиц, из них малых- 2650 предприятий.
Среднесписочная численность работников 94,7 тысяч человек
Уровень безработицы - 10,8%.
Предприятия города ведут внешнеэкономическую деятельность с более 30 странами мира. Наибольший удельный вес в общем объеме экспорта составили минеральные удобрения, желтый фосфор, триполифосфат натрия, шкуры КРС, мука, отходы и лом черных металлов и т. д.
Крупнейшими торговыми партнерами по импорту являются Россия, Узбекистан, Кыргызстан, Германия, Куба, Франция, Украина.
В структуре импорта значительную долю занимают продовольственные товары и сырье к ним, потребительские товары и продукция производственно-технологического назначения.
Наличие в близлежащихгорах фосфоритовых руд (каратауский фосфоритовый бассейн) предопределило развитие в регионе фосфорной индустрии. В городе было построено сразу три завода: Джамбулский суперфосфатный завод, ДПО «Химпром» и Новоджамбулский фосфорный завод (НДФЗ). Все они подчинялись Минхимпрому в Москве. Развал СССР разрушил все производственные связи и привёл эти предприятия к глубокому кризису, в городе возросла безработица.
В начале XXI века мощности химических предприятий были практически полностью восстановлены. Суперфосфатный завод, входящий в систему «Казфосфат», выпустил в 2007 году 80 000 тонн аммофоса, НДФЗ (тоже «Казфосфат») произвел по 40 000 тонн желтого фосфора, термической фосфорной кислоты и триполифосфат натрия (ТПФН). Бывший ДПО «Химпром» успешно переориентирован на выпуск феромаргонцевых окатышей.
Джамбулская ГРЭС мощностью 1,2 ГВт (6 блоков по 200 МВт) обеспечивает электроэнергией город, область и регион, входила в ЕЭС (единую энергосистему) Советского Союза.
· ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ
· Технологическая часть
1.1.1 Режим работы завода
Основой для расчета технологического оборудования и поток сырья является режим работы завода. Режим работы завода устанавливается в соответствии с трудовым законодательством по нормам проектирования предприятия. Завод по производству будет иметь 2 основных цеха. Это цех помола и обжига. Наличие на производстве тепловых установок и цеха помола делает работу цеха непрерывной. В 3 смены в течение 335 дней в году. Оставшиеся 30 дней предусмотрены для капитального ремонта оборудования. Три смены будут разделены на утреннюю, дневную и ночную. По 7.5 часов для дневной и утренней смен с предусмотренным обедом по пол часа. Ночная смена 8 часов, без перерыва на обед.
Номинальный годовой фонд рабочего времени оборудовании по переделам определяется по формуле:
Тг=N×n×t (1.1)
где N – количество рабочих дней в году; n – количество рабочих смен в су- тки; t – продолжительность рабочей смены в часах.
Тг=335*3*8=8040
Расчетный фонд времени работы технологического оборудования в часах по непрерывной, на основании которого рассчитывается производственная мощность в целом и отдельных линий, определяется по формуле:
Фрас = Т ×Ч × Кт.н (1.2)
где Т – число рабочих суток в году, ч; Кт.н – среднегодовой коэффициент использования оборудования (0,8-0,95); Ч – количество рабочих часов в сутках.
Фрас =335*0.9*24=7236
Расчетное рабочее время непрерывно работающего оборудования в год:
Тр=Тг × Кт.н (1.3)
Для систематического ремонта оборудования выбран коэффициент техни- ческого использования оборудования Кт.н.= 0,8-0,95
Тр=8040*0.9=7236
Таблица 1.1
Режим работы завода
| № п.п | Наименование цехов и отделений | Количество | Длительность | Годовой фонд рабочего фонда в часах | ||
| Дней в году | Смен в сутки | Недели, дней | Смены, час | |||
| Прием сырья Дробление Смешивание Формование Обжиг Склад готовой продукции |
1.1.2 Номенклатура продукций предприятия
Согласно заданию завод предусматривает производство легкого заполнителя на основе техногенного сырья с производительностью 150000 м3 в год.
Искусственные пористые каменные материалы используют в качестве заполнителей для легких бетонов. Данные бетоны отличаются высокой пористостью до 40% и сравнительно небольшой средней плотностью (от 500 до 1800 кг/м3), широко используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций. Применение их вместо кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий и за счет этого сократить транспортные расходы.
Проектируемый завод планирует выпускать заполнитель двух марок 400 и 500. Деление по фракциям тоже предусмотрено. Первая марка фракции от 5 до 10 мм, вторая марка фракцией от 10 до 20 мм.
Таблица 1.2
| Вид изделия | Марка | Фракции | Программа выпуска изделия (м3) | Гост |
| Легкий заполнитель | В Год | В сутки | ГОСТ 32496-2013 | |
| 5-10мм | ||||
| 10-20 мм |
1.1.3 Сырье и исходные материалы
1.1.3.1 Характеристика сырьевых материалов
ГОСТ 32496-2013 Настоящий стандарт распространяется на искусственные пористые заполнители, применяемый для приготовления легких бетонов по ГОСТ 25820 и силикатных бетонов по ГОСТ 25214.
По этому госту допускается использовать отходы промышленности в качестве сырья. Что и предусмотрено в данном производстве.
· Сырье 1
Фосфорный шлак - побочный продукт производства фосфора термическим способом в электропечах. При температуре 1300-1500 °С фосфат кальция взаимодействует с углеродом кокса и кремнеземом, в результате чего образуются фосфор и шлаковый расплав. Шлак сливается из печей в огненно-жидком состоянии и гранулируется мокрым способом. На 1 т фосфора приходится 10-12 т шлака. На крупных химических предприятиях получают до 2 млн т шлака в год.
Химический состав фосфорных шлаков близок к составу доменных. Суммарное содержание в них оксида кальция и кремнезема достигает 95% при их соотношении 0,9-1,1.
Химический состав фосфорного шлака
Таблица 1.3
| Наименование материала | Содержание, мас. % | ||||||||
| SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 + TiO2 | Fe2O3 + FeO | P2O5 | F | SO3 | R2O | |
| Фосфорный шлак Жамбылского фосфорного завода | 35 - 45 | 44 - 50 | 3,0-6,5 | 1-4 | 0,5-2 | 0,4-3 | 0,3-1,8 | 0,2- 0,7 | 0,5-1,2 |
По содержанию двуоксида кремния, суммарному содержанию оксидов кальция и магния шлак удовлетворяет требованиями ГОСТ 3476-74 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цемента». Петрографическими исследованиями установлено, что гранулированный электротермофосфорный шлак на 88-33% состоит из стекловидной фазы, представленный бесцветными зернами стекла с показателем оптического преломления 1,622 ± 0,002. Основным минералом, включенным в стекловидную фазу, является псевдоволластонит, представленный бесцветными призматическими либо игольчатыми кристаллами с показателями преломления Ng=1,652, Np=1,611 при рассмотрении под микроскопом. Содержание кристаллов псевдоволластонита в гранулированном шлаке 4- 7%. Сталеплавильный шлак со следующим химическим составом, масс в процентах.
SiO2 – 58; Al2O3 + TiO2 - 28; Fe2O3 +FeO – 4; CаO – 5; MgO – 0,98; SO3 – 0,7; Na2O – 0,60; п.п.п. – 1,76.
· Сырье 2
Силикат глыба представляет собой твердый стеклообразный продукт, получаемый в процессе плавления песка кварцевого и кальцинированной соды или поташа, которые добавляются в зависимости от того какой силикат необходимо получить, натриевый или калиевый. Силикаты натрия или калия, получаемые после спекания, охлаждаются и кристаллизуются в виде однородных крупных, прозрачных кусков, голубовато-коричневого или слабо-зеленого оттенка, отличающиеся по составу силикатов входящих в расплав. Силикат-глыба делится на одно и двухкомпонентные (смешанные), в зависимости от количества солей входящих в состав глыбы, таких как соли натрия (сода кальцинированная) и калия (поташ). За последние годы интерес к силикатным продуктам в нашей стране возрос, в силу широкой сферы применения и экологической чистоты этих материалов, а также их высокой огнестойкости и нетоксичности. Растворимые щелочные силикаты в настоящее время находят широкое применение в различных отраслях, в том числе и в производстве строительных материалов.
Сейчас применяются разнообразные растворимые силикаты (в виде жидкости, кристаллического вещества, твердого порошка и массивного вещества), отличающиеся видом щелочи, молярным отношением, содержанием воды и др. Из большого разнообразия растворимых силикатов наиболее изучены в теоретическом плане силикаты натрия (2Na2O·SiO2; Na2O·SiO2; Na2O·2SiO2; Na2O·3SiO2). Их производят в виде силикат-глыбы или гранулята, получаемого сплавлением шихты из кварцевого песка и карбоната щелочи при температуре 1400 оС с последующим охлаждением до стеклообразного состояния, а также жидкого стекла, образующегося при растворении кремнезема различной формы в едкой щелочи. Силикат-натрия должен удовлетворять требованиям, указанным в таблице 1.4
Таблица 1.4
Технические требования к силикату натрия
| Показатели | Низкомодульный | Высокомодульный |
| Силикатный модуль M | 2,61-3 | 3,1-3,5 |
| SiO2, % по массе | 70,8-73,4 | 73,5-76,2 |
| Na2O, % по массе | 25,3-27,9 | 22,5-25,2 |
| Fe2O3+ Al2O3,% не более | 0,6 | 0,6 |
| СаО, % не более | 0,4 | 0,4 |
| SO3, % не более | 0,3 | 0,3 |
Силикат-глыба (ГОСТ 13079-93 имеет модуль 2,7-3) твердая масса охлажденного расплава, полученного плавлением смеси кварцевого песка с содой или сульфатом натрия при 1300-1400 0С. Его химическая формула Na2O∙nSiO3 (n -модуль стекла). Химический состав силикат-глыбы приведен в таблице 1.5
Таблица 1.5
Химический состав силикат-глыбы
| Наименование | Содержание, мас. % | |||||
| SiO2 | Al2O3 | CaO | Na2O | SO3 | п.п.п. | |
| Силикат-глыба | 72-72,5 | 0,6-1,5 | 0,1-0,2 | 23,5-26,1 | 0,35-0,67 | 0,5-0,7 |
Поставщиком сырья может быть ТОО "Химия и Технология". Так как это производство является самым ближайшим и дешевым. Доставка будет реализована путем железной дороги.
· Сырье 3
Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов щелочных металлов общей формулы Me2О•nSiO2, где Me - натрий или калий, n - силикатный модуль (1,5-3,6 для натриевого и 4,0-4,5 - для калиевого стекла). Жидкое стекло получают либо растворением кремнеземсодержащего сырья в едких щелочах при высоких температуре и давлении в течение нескольких часов, либо растворением растворимого стекла в виде силикат-глыбы в горячей воде под давлением.
Качество жидкого стекла характеризуется модулем. Модуль показывает отношение содержащейся в жидком стекле окиси кремния к окиси натрия или к окиси калия. Чем больше модуль, тем выше качество стекла.
Одним из самых важных свойств жидкого стекла является вяжущая консистенция. Именно эта особенность продукта сделала его актуальным в разных сферах труда. Подобное свойство сделало жидкое стекло самозатвердевающим, в процессе затвердевания образуется искусственный силикатный камень. Так же было выявлено еще одно уникальное и полезное свойство жидкого стекла. Высокие адгезионные свойства. Это значит, что продукт выступает, как качественная химическая связка, которая легко и надежно склеивает различные материалы.
Таблица 1.6
Стекло жидкое натриевое, ГОСТ 13078-81
| Наименование показателя | Низкомодульные | Стандартное | Высокомодульные |
| Силикатный модуль (молекулярное отношение SiO2к Na2O) | 1,4 – 2,6 | 2,7 – 3,3 | 3,4 – 3,6 |
| Плотность при 2OC0, г/см3 | 1,36 – 1,50 | 1,36 – 1,52 | 1,30 – 1,45 |
| Массовая доля нерастворимого в воде остатка, % не более | 1,8 | 1,8 | 1,0 |
Для производства легкого заполнителя применялось жидкое стекло, соответствующее ГОСТ 13078-81.
Показатели свойств жидкого стекла:
- среднее значение силикатного модуля – 2,99;
- среднее значение плотности – 1,4 г/см3;
- массовая доля SiO2 – 28,66%;
- массовая доля Na2O – 10,03%.
Доставить это сырье может ТОО "EXPOCHEM" находящееся в городе Алмата. Путем железной дороги. Этот способ является самым дешевым и быстрым, так как предприятие планирует непрерывное производство.
Одно из значимых мест, в снижении массы конструкции, принадлежит легким бетонам и основному их компоненту - пористым заполнителям.
Проблема легкого заполнителя остается весьма насущной для современного строительства. Основным пористым заполнителем на сегодняшний день является керамзит.
В настоящее время производство керамзита в РК осуществляется в ТОО «Строитель», который находится в Коксунском районе в с. Мукры (Алматинская обл.). Однако малая мощность завода не может обеспечить потребность казахстанских производителей легких бетонов керамзитом.
Производство керамзита осуществляется обжигом легко вспучивающихся глин при температуре 1200-1300 оС и является довольно энергоемким процессом.
Состав шихты для легкого заполнителя с применением плотного фосфорного шлака:
48,8% фосфорный шлак
31,2% силикат - глыба
20% жидкое стекло
1.1.3.2 Расчет потребности в сырье и полуфабрикатах (материальный баланс)
Проектируемый завод предназначен для выпуска легкого заполнителя с использованием техногенного сырья ГОСТ 32496-2013.
Годовая производительность в тоннах