Курсова робота - випал вапняку

курсова робота Випалювання вапняку

2.Технологія виробництва негашеного вапна.
Виробництво негашеного вапна грудкового складається з наступних основних операцій: видобутку і підготовки вапняку, підготовки палива та випалу вапняку.
Вапняк видобувають відкритим способом в кар'єрах. Щільні вапняно-магнезіальні породи підривають. Для цього спочатку за допомогою верстатів ударно-обертального (при твердих породах) або обертального буріння (при породах середньої міцності) бурять свердловини діаметром 105 - 150 мм глибиною 5 - 8 м і більше на відстані 3,5 - 4,5 м одна від одної . У них закладають належну кількість вибухової речовини (ігданіта, амоніту) в залежності від міцності породи, потужності пласта і необхідних габаритів вапняку.
Спостерігається іноді неоднорідність залягання вапняків в родовищах (за хімічним складом, міцності, щільності і т. П.) Обумовлює необхідність вибіркової розробки корисної породи. Отриману масу вапняку у вигляді великих і дрібних шматків занурюють в транспортні засоби одноківшевим екскаватором. Вапняк доставляють на комбінат автосамосвалами.
Високоякісну вапно можна отримати тільки при випалюванні вапняку у вигляді шматків, мало що розрізняються за розмірами. При випалюванні вапняку в шматках різного розміру виходить нерівномірно обпалене вапно (дрібниця виявляється частково або повністю перепаленою, серцевина великих шматків - необпаленої). Крім того, при завантаженні шахтних печей вапняком різного розміру значно збільшується ступінь заповнення шахтної печі, а отже, зменшується газопроникність матеріалу, що ускладнює випалення вапняку.
Тому перед випалюванням вапняк відповідним чином готують: сортують за розміром шматків і, якщо необхідно, більші негабаритні шматки подрібнюють. У шахтних печах найбільш доцільно обпалювати вапняк окремо за фракціями 40 - 80, 80 - 120 мм в діаметрі.
Так як розміри видобутого вапняку нерідко досягають 500 - 800 мм і більше, то виникає необхідність дроблення його і сортування всієї отриманої після дроблення маси на потрібні фракції. Це здійснюється на дробильно-сортувальної установки, що працює по замкнутому циклу з використанням щокові дробарок.
Випал - основна технологічна операція в виробництві негашеного вапна. При цьому протікає ряд складних фізико-хімічних процесів, що визначають якість продукту. Мета випалу - можливо більш повне розкладання (дисоціація) СаСО3 і МgСО3 • СаСО3. на СаО, МgO і СО2 і отримання високоякісного продукту з оптимальною микроструктурой частинок і їх пір.
Якщо в сировині є глинисті і піщані домішки, то під час випалу між ними і карбонатами відбуваються реакції з утворенням силікатів, алюмінатів та феритів кальцію і магнію.
Реакція розкладання (декарбонізації) основного компонента вапняку - вуглекислого кальцію йде за схемою:
СаСО3 -СаО + СО2.

Теоретично на декарбонізація 1 благаючи СаСО3 (100 г) витрачається 179 кДж або 1790 кДж на 1 кг СаСО3. У перерахунку на 1 кг одержуваного при цьому СаО витрати рівні 3190 кДж.
Тривалість випалу визначається також розміром шматків пекучого продукту. Для збільшення продуктивності ізвестеобжігающіх печей і зниження перепалу поверхневих шарів шматків бажано в допустимих межах зменшити їх розміри. При випалюванні шматків різної крупності режим процесу визначають виходячи з часу, необхідного для випалу шматків середніх розмірів. Основна відмінність в технологіях виробництва негашеного комою вапна - в способі випалу.

3. Шахтні печі для випалювання вапна.
Шахтні печі, являють собою порожнистий циліндр, що має зовнішній сталевий кожух товщиною близько 1 см і внутрішню вогнетривку кладку, вертикально встановлений на фундаменті. Ці печі характеризуються безперервністю дії і простотою в експлуатації. Будівництво шахтних печей вимагає відносно невеликих капіталовкладень.

Залежно від виду застосовується палива та способу його спалювання розрізняють шахтні печі, що працюють на короткопламенном твердому паливі, вводиться звичайно в піч разом з обпікає матеріалом; тому вапняк і кущова паливо при цьому завантажують в шахту перемежованими шарами, то іноді такий спосіб випалу називають пересипним, а самі печі - пересипнимі; на будь-якому твердому паливі. газифікованому або спалюють у виносних потоках, розміщуються безпосередньо біля печі; на рідкому паливі; на газовому паливі, натуральному або штучному.

За характером процесів. протікають в шахтної печі, розрізняють три зони по висоті: підігріву, випалу та охолодження. У зоні підігріву, до якої відносять верхню частину печі з температурою простору не вище 850 ° С. матеріал підсушується і підігрівається піднімаються розпеченими димовими газами. Тут вигорають також органічні домішки. Піднімаються гази, в свою чергу. завдяки теплообміну між ними і завантаженим матеріалом охолоджуються і далі відводяться вгору печі.
Зона випалу розміщується в середній частині печі, де температура пекучого матеріалу змінюється від 850 ° С до 1200 ° С та потім 900? С; тут вапняк розкладається. з нього видаляється вуглекислий газ.
Зона охолодження - нижня частина печі. У цій зоні вапно охолоджується від 900? С до 50-100? С вступником знизу повітрям. який далі піднімається в зону випалу.
Рух повітря і газів в шахтних печах забезпечується роботою вентиляторів, що нагнітають в піч повітря і відсмоктувальних з неї димові гази. Протитечійне рух пекучого матеріалу і гарячих газів в шахтної печі дозволяє добре використовувати теплоту газів, що відходять на прогрівання сировини. а теплоту обпаленої матеріалу - на підігрів повітря, що йде в зону випалу.

Схема випалу меленого вапняку в шахтної печі.

I - зона підігріву;
II - зона випалу;
III - зона охолодження.

Більш економічні по витраті палива і простоті конструкції печі, що працюють по пересипних способу на короткопламенном паливі (антрацит або худий кам'яне вугілля). Продуктивність шахтних пересипних печей становить 100-110 тонн на добу. До недоліків пересипних печей відноситься забрудненість вапна золою палива. Чистіша вапно виходить в шахтних печах з виносними топками, які працюють на довгополум'яних паливі (буре вугілля, дрова, торф), і в печах газових. Однак ці печі мають дещо меншу продуктивність.
У шахтних печах можна обпалювати тільки тверді породи (вапняк, мармур та ін.), А в обертових - як тверді породи, так і шлами м'яких порід, наприклад крейди. Основне завдання при випалюванні - забезпечення максимально декарбонізації СаСО при мінімальній температурі. Підвищення температури прискорює реакцію розкладання карбонату кальцію, але надмірно висока температура випалу негативно позначається на якості продукту, так як розвивається явище «перепалу».
Найбільшого поширення для виробництва вапна отримали шахтні печі, висота яких досягає 20 м.

Обертові печі дозволяють отримувати мягкообожженную вапно високої якості з мелкокусковой вапняку і з м'яких карбонатних порід (крейди, туфу, вапняку-черепашнику), які не можна спалити у шахтних печах через схильність цих матеріалів до «зависання» в шахті, що приводить до порушення технології випалу .
Довжина вапнякоопалюваних обертових печей становить 30 - 100 м при діаметрі 1,8 - 3 м, продуктивність досягає 400 - 500 т / добу. що в 2-4 рази вище, ніж у шахтних печей. Одне з найважливіших технологічних переваг випалювання вапна в обертових печах - малий час проходження матеріалу від місця завантаження до виходу з печі, що забезпечує оперативність управління процесом. Обертові печі забезпечують компактність технологічної схеми, дозволяють автоматизувати процес і знизити капітальні витрати на будівництво цехів. Під обертових печах може бути отримана вапно високої якості випалюванням при середніх і досить високих температурах. Через малого часу перебування матеріалу в печі, небезпека перепалу в них мінімальна. При цьому вапно значно більш однорідна за складом і містить менше домішок.

Схема випалу меленого вапняку під обертової печі

Значно знижує якість комовой вапна наявність в ній негасящіхся шматків (недожог) і шматків, гасячи повільно (перевитрата), які можуть утворитися через нерівномірний розподіл температур в вапнякоопалюваних печах або нерівномірного вмісту в сировині домішок (наприклад, вуглекислого магнію).
Негашене грудкове вапно можна безпосередньо використовувати в якості в'яжучого, її потрібно додатково подрібнювати або помелом на млинах (виходить негашене мелене вапно), або гасінням водою (гашене вапно).
Для полегшення помелу в млині грудкове вапно попередньо дроблять до зерен розміром 15 - 20 мм. Помел здійснюють зазвичай в кульових одно- і двокамерних млинах, але можливе застосування також валкових і роликових млинів, а при необхідності отримання дуже тонкого порошку використовують Вибро.
Поряд з бездобавочні вапном випускають також вапно з активними мінеральними добавками (золи, шлаки), в останньому випадку їх вводять в млиновий агрегат, де відбувається спільне подрібнення і одночасно перемішування.
Тонкість помелу негашеного вапна робить істотний вплив на її властивості, особливо при наявності «перепалу».
Відповідно до вимог ГОСТ негашене вапно слід подрібнювати до тонкощі, при якій залишок при просіюванні проби через сита № 02 і № 008 повинен бути відповідно не більше 1,5 і 15%. Зазвичай заводи випускають вапно, що характеризується залишками на ситі № 008 до 2-7%, що приблизно відповідає питомої поверхні 3500-5000см / г.

Фізико-хімічні основи процесу випалу карбонатної сировини
Вапно і діоксид вуглецю отримують шляхом випалу карбонатної сировини при 1200. З по реакції:
CaC = + - 158,7 кДж (1)
Теплота реакції (1) при нормальному тиску і температурі 0 ° С дорівнює - 178 кДж. Константа рівноваги реакції визначається тільки концентрацією
в газі.
Рівноважний парціальний тиск, згідно з правилом фаз, визначається однієї незалежної змінної-температурою. т до ця система, маючи три фази і два незалежні компоненти, моноваріантна. Також ця величина може залежати і від твердості вихідної сировини, ступеня дисперсності кристалів і CaC і інших чинників. У зв'язку з цим температура розкладання природних карбонатів може бвть різна.
Процес розкладання CaC може протікати тільки в тому випадку, якщо рівноважний давленіепрі даних умовах буде перевищувати тиск діоксиду вуглецю в газовій фазі. У вапняно-обпалювальної печі в процесі випалу максимальне парціальний тиск в пічному газі досягає 40 кПа (300мм РТ ст). При такому тиску розкладання вапняку починається тільки при температурі близько 840. С. Однак така початкова температура розкладання досягається практично тільки поверхневим шаром шматків вапняку, звідки виділяється діоксид вуглецю може нестися потоком газів, що омивають шматки. У міру просування кордону розкладання вглиб шматка видалення СО2 з його внутрішніх частин не може, і практично для його повного розкладання необхідно мати тиск СО2 над поверхнею неразложенном внутрішньої частини шматка, рівне приблизно 10.1 * Па. Тоді температуру, необхідну для розкладання внутрішньої частини шматків крейди або вапняку, практично слід збільшити до 900. С. Таким чином, в зоні випалу вапняно-обпалювальної печі, де протікає термічний розклад вапняку, нижня межа температури дорівнює 900. С. Цю температуру можна прийняти як мінімальну на вході і виході шихти із зони випалу.

5. Технологічна схема процесу випалу вапняку

Карбонатна сировина надходить в вапняні печі в вагонетках 4 по повітряній канатній дорозі або за допомогою інших підйомних механізмів. У шіхтном відділенні в кожну вагонетку додають перед подачею в піч паливо, маса якого вимірюється ваговим дозатором. Отриману шихту завантажують в піч 6 спеціальним завантажувальним механізмом 5. Вапно вивантажується з печі механізмом 9 і далі за допомогою кільцевого ковшового транспортера 7 доставляється в бункера 8. Один з бункерів служить для зберігання запасу вапна, з іншого вапно дозується для приготування вапняного молока. Повітря, необхідне для горіння палива, подається в піч вентилятором високого тиску. Утворений в печах газ надходить в загальний колектор 3. Тут осідають найбільш великі частки пилу. Газохід зазвичай має ухил або зигзагоподібну форму, в його нижніх зламах знаходяться штуцери або пилозбірники, через які і віддаляється осіла пил. Для охолодження і очищення від пилу газ з колектора надходить спочатку в промивач газу вапняних печей 2. а потім в скрубберную частина електрофільтру 1. Скрубберная частина електрофільтру зазвичай заповнена дерев'яної хордовою насадкою. У промивач газ охолоджується і звільняється від грубого пилу і частини водяної пари, які при охолодженні конденсуються. Після додаткового промивання газу в скрубберной частини електрофільтру відбувається тонке очищення газу від пилу і дрібних частинок вологи-туману. Охолоджений і очищений газ потім надходить в компресори і нагнітається в карбонізаціонной колони.

Розрахунок матеріального балансу станції випалу вапняку
Початкові дані.
Склад вапняку (% мас.)
CaC 91.5
MgC 2.5
O 1.8
Si 1.3
1.0
0.7
Склад коксу (% мас.).
З 87
зола 9
O 4
Додаткові дані:
Ступінь випалу CaC. (В%) 93
Неповнота згоряння вуглецю коксу (в%) 1.1
Ступінь згоряння вуглецю коксу до С (в%) 97.4
Ступінь згоряння вуглецю коксу до СО (в%) 1.5
Коефіцієнт надлишку повітря 1.05
Відносна вологість повітря (в%) 75
Температура повітря, що поступає (? С) 16
Температура газів, що відходять (? С) 118
Температура вивантажується вапна (? С) 50
Температура надходить вапняку (? С) 16
Температура надходить коксу (? С) 16
Температура випалу в зоні розкладання CaC. (° С) 1 220
Склад повітря (в% об)
28
+ інертний гази 72

Молярні маси компонетни
= 100 г / моль = 108 г / моль
= 84 г / моль = 160 г / моль
= 18 г / моль = 12 г / моль
= 60 г / моль = 28 г / моль
= 40 г / моль = 28 г / моль
= 32 г / моль = 56 г / моль
= 44 г / моль = 74 г / моль

= = 9.8 кг
При випалюванні розкладається CaC:
= 915 * 0.93 = 850.95 кг
Неразложившихся залишок:
= 915 - 850.95 = 64.05 кг