Цех по производству калиевого жидкого стекла 72 тыс тонн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение 1 Характеристика выпускаемой  продукции 2 Технологическая часть 2.1  Выбор сырьевых материалов  и обоснование технологической  схемы производства 2.1.1 Сырьевые материалы. 2.2 Технологическая схема  производства жидкого калиевого  стекла 2.3 Расчёт материального  баланса 2.4 Выбор и расчёт основного  технологического оборудования 2.5 Расчёт потребности  в энергетических ресурсах 3 Контроль производства и качества готовой продукции.  3.1 Входной контроль 3.2 Приёмка 3.3 Отбор проб. 3.4 Методы испытания. 4. Технико-экономические  показатели 5 Охрана труда и окружающей  среды Заключение Список литературы Приложения1 Приложение 2

3 4   7 7     7 7     9 10   13   15 15 15 16 17 19 23   25 26 27 28 29

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Под растворимыми стёклами понимают твёрдые водорастворимые стекловидные силикаты натрия и калия. Получают растворимые стёкла сплавлением кремнезёма со щелочными компонентами (содой, поташом и др.) по технологии силикатных стёкол. Растворимые стёкла являются исходными материалами для производства некоторых видов растворимого стекла, хотя в отдельных случаях они могут применяться (обычно в тонкоизмельчённом виде) самостоятельно.

Понятие "растворимое стекло" значительно более широкое и включает в себя водные щелочные растворы силикатов, независимо от вида катиона, концетрации кремнезёма, его примерного строения и главное - способа получения таких растворов. Так, кроме растворения в воде растворимых стёкол, растворимое стекло получают растворением кремнезёма в щелочах, а также растворением аморфных или кристаллических порошков гидратированных или безводных щелочных силикатов. Растворимые стекла могут быть калиевые, натриевые, литиевые, а также на основе четвертичного аммония. Область составов жидких стёкол включает, на ряду с высокощелочными системами, также и высококремнезёмистые, переходящие по мере уменьшения щёлочности в область стабилизированных кремнезолей.

 Растворимое стекло являются крупнотоннажными продуктами неорганического синтеза и производятся во всех промышленно развитых странах мира. Интерес к этим техническим продуктам определяется, на ряду с их ценными свойствами, экологической чистотой производства и применения, негорючестью и не токсичностью, а также во многих случаях дешевизной и доступностью исходного сырья.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ХАРАКТИРИСТИКА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

 

"Растворимое стекло" относят к водным растворам щелочных силикатов-силикатам натрия, калия и лития. Натриевые и калиевые растворимые стекла чаще всего являются продуктами растворения в воде стекловидных растворимых силикатов натрия и калия (растворимых стекол). Растворимые силикаты натрия и калия в виде растворимых стекол имеют также техническое название "силикат-глыба".

Жидкие натриевые и калиевые стекла могут быть получены и прямым растворением кремнезема в едкой щелочи, а также растворением в воде и щелочах кристаллических и аморфных силикатов или гидросиликатов.

Таким образом, понятие "растворимое стекло" относят к водным растворам щелочных силикатов, независимо от способа получения этих растворов, тогда как под "растворимым стеклом" следует понимать только растворимые силикаты натрия и калия в стеклообразном состоянии.

В соответствии с действующей нормативно-технической документацией, отечественная промышленность выпускает "стекло натриевое жидкое", "стекло калиевое жидкое", а также смешанные калиево-натриевые и натриево-калиевые растворимые стекла. Основное количество растворимого стекла получают растворением стекловидных силикатов натрия и калия, в ограниченных масштабах применяется прямое растворение в щелочах природных или искусственных кремнеземсодержащих веществ. В отдельных случаях растворимое стекло является попутным продуктом синтеза или переработки материалов.

Растворимое стекло имеет три основные формы состояния, а именно: силикатная глыба, жидкий раствор стекла и растворимый порошок. Внутри каждой группы имеется подразделение на сорта, что отвечает разнообразным запросам по отдельным качествам и характеристикам растворимого стекла как продукта.

Сорта растворимого (силикатная глыба) и порошкообразного стекла разделяют на "нейтральные" и "щелочные. И напротив, растворимое стекло представлено широкой палитрой растворов, которые различаются соотношением кремнекислоты и щелочи, а также плотностью. Плотность, обычно, соразмеряется таким образом, чтобы растворы растворимого стекла могли бы без труда перекачиваться насосом при обычных температурах. Более высокая концентрация из-за высокой вискозности серьезно затруднит использование растворимого стекла при нормальной температуре.

Выпуск стекловидных растворимых силикатов натрия и калия осуществляют на стекольных заводах. Производство растворимого стекла рассредоточено по многочисленным предприятиям - потребителям растворимого стекла, относящимся к различным отраслям народного хозяйства.

Растворимые стекла, выпускаемые промышленностью, представляют собой густые вязкие прозрачные жидкости без видимых механических включений и примесей. Растворимое стекло может быть бесцветным, однако в большинстве случаев оно окрашено примесями в слабо-жёлтый или серый цвет. В ряде случаев наблюдается лёгкая опалесценция растворов жидких стёкол, вызываемая появлением в них полимерных разновидностей кремнезёма.

Химический состав промышленного растворимого стекла определяется в основном составов исходных стекловидных щелочных силикатов, однако его примесный состав может формулироваться также в ходе его производства (измельчение кварцевого песчаника, автоклавное растворение, транспортирование, хранение).

Химическая характеристика промышленных растворимых стёкол в соответствии с действующей технической документацией включает содержание основных оксидов (SiO2, К2О), их мольное соотношение (модуль), содержание примесных оксидов и плотность раствора.

Силикатный (кремнезёмистый) модуль растворимого стекла определяется по формуле (1):

 

n=SiO2/К2О x m,                                              (1)

 

где m - отношение молекулярной массы щелочного оксида к молекулярной массе SiO2: mК=1,568; SiO2, К2О - содержание оксидов, %.

Калиевые растворимые стекла характеризуются значениями силикатного модуля 2,8-4,0 при плотности 1,25-1,40 г/см³.

Плотность растворимого стекла неоднозначно определяется концентрацией нерастворённого силиката щелочного металла, поскольку такой силикат может характеризоваться разным соотношением SiO2 и К2О (силикатным модулем), а вклад SiO2 и К2О в плотность раствора различен. Зная модуль растворимого стекла и плотность, можно однозначно определить содержание в растворе оксидов SiO2 и К2О, а по модулю и абсолютному содержанию оксидов-плотность раствора. Определив содержание в жидком стекле К2О и плотность, по величине модуля можно рассчитать содержание в жидком стекле SiO2.

Промышленные калиевые растворимые стекла характеризуются значениями силикатного модуля в пределах 2,8-3,9 для калиевого растворимого стекла и плотности жидких стёкол 1,49-1,26 г/см3.

На ряду с такими характеристиками растворимого стекла, однозначно определяющими его состав, как плотность, концетрация щелочного катиона (% К2О), кремнезёма (% SiO2) и модуль, важнейшая характеристика растворимого стекла - вязкость). Вязкость растворимого стекла является функцией концентрации, типа щелочного катиона и температуры. Характерно очень резкое возрастание вязкости щелочных силикатных растворов при определённых значениях концентрации и модуля раствора. Вязкость растворов силикатов калия растёт при увеличении концентрации быстрее, чем вязкость натриевых силикатных растворов. Калиевые растворимые стекла при одинаковой концентрации и одинаковом модуле значительно более вязкие. Щёлочность промышленных растворов щелочных силикатов калия характеризуется значениями рН 11-12.

Назначение: применяется для производства:

силикатных фасадных красок;

силикатных покрытий;

огнезащитных покрытий;

антикоррозионных покрытий;

защитно-декоративных покрытий:

покрытий для защиты от расплавленных металлов;

противопригарных покрытий;

силикатных клеев;

инъекционных составов для укрепления горных пород и грунтовок;

составов для пропитки пористых синтетических материалов, тканей, дерева, строительных изделий;

брикетирования (окускования) руд, концентратов, сорбентов и др.;

электродов.

Район строительства обоснован наличием в Павлодарской области Калкаманского месторождения песка с запасом 3337 тыс. м3, наличием транспортных магистралей, инженерные сети подключены к существующим сетям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

2.1 Выбор сырьевых материалов и обоснование технологической схемы производства

 

2.1.1 Сырьевые материалы

- Кварцевый песчаник (SiO2)

Компонент для производства растворимых силикатов натрия и калия является кварцевый песок __ тонкопомольная порода, состоящая преимущественно (>96%) из зёрен кварца с размером частиц 0,15-0,3мм. Примесями кварца в песке являются минералы глин (каолинит, монтмориллонит и др.), щелочные алюмосиликаты (полевые шпаты, слюда и др.), железосодержащие минералы, карбонатные примеси. Для производства силикат-глыбы вредными примесями в песке являются минералы, повышающиеся сверх установленных пределов содержание в щелочно-силикатном стекле таких компонентов химического состава, как Al2O3, Fe2O3, CaO. Ограничения по содержанию в стекле примесей связаны с их отрицательным влиянием на процессы растворения силикат-глыбы в воде при производстве растворимого стекла.

Кварцевый песок для силикат-глыбы должен соответствовать требованиям ГОСТ 22551-77.

- Поташ (K2CO3)

Карбонат калия, известный так же как "углекислый калий" (Поташ) __ химическое соединение K2CO3, твёрдое белое кристаллическое вещество. Плотность порядка 2,44г/см3. Полностью растворим в воде

Карбонат калия получается путём электролиза хлорида калия, в результате чего образуется гидроксид калия, который, поступая в реакцию с углекислым газом, образует воду и карбонат калия.

 

2.2 Технологическая схема производства жидкого калиевого стекла

 

В соответствии с технологической схемой получения калиевого растворимого стекла со склада кварцевый песчаник (SiO2) в контейнерах подаётся в бункер. Из бункера SiO2 пластинчатым питателем подаётся на молотковую дробилку. Дробленый SiO2 выгружается в контейнер. Далее контейнер подаётся к автоклаву. Контейнер с SiO2 устанавливается над бункером, и SiO2 выгружается из контейнера через бункер в автоклав. В автоклав из сборника загружается поташ (К2СО3) и из сборника заливается горячая вода на 20 см выше уровня SiO2 и К2СО3. Разварка SiO2 и К2СО3 производится острым паром, подаваемым по трубопроводу в автоклав до достижения давления в автоклаве 0,6-0,7 МПа. После этого подача пара в автоклав прекращается, и дальнейший процесс растворения SiO2 и К2СО3 происходит за счёт тепла реакции. Контроль процесса осуществляется по плотности растворимого стекла. Из автоклава растворимое стекло с плотностью 1,34-1,36 т/м3 передавливается паром в аппарат с перемешивающимся устройством. Растворимое стекло из аппарата с перемешивающим устройством насосами через патронный фильтр подают в трёх секционный отстойник, в котором растворимое стекло выдерживается в течении 2-х суток. Собирающийся в нижней части отстойника шлам выгружают 1 раз в 2-3 месяца и вывозят в отвал. Чистое растворимое стекло из отстойника насосом перекачивается в склад готовой продукции, где фасуется в металлические фляги, бочки или барабаны, установленные на весах.

Технологическуая схема обоснованна наличием сырья – кварцевого песка.

 

Рисунок 1 - Технологическая схема

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчёт материального  баланса

 

Таблица 1 - Расчет производственной программы

Наименование продукции, единица измерения	Производительность
	В час	В смену	В сутки	В год
Жидкое калиевое стекло	8,9	71,22	213,65	72000

 

 

Состав: кварцевый песчаник - 25,64%, поташ - 58,97%, вода - 15,39%.

При транспортировке, дроблении, растворении и отстаивании веществ происходят потери сырья на производстве. Вследствие этого необходимо корректировать количество сырья. В зависимости от соотношения веществ, в конечном продукте, подсчитаем вынужденные потери.

Потери.

Транспортировка - 0,5%.

Дробление - 1%.

Отстаивание - 0,5%

Растворение (в вращающем автоклаве):

 

K2CO3+SiO2+2H2O K2OxSiO2x2H2O+CO2

 

В ходе этой реакции теряется CO2.

Рассчитаем молекулярную массу:

 

М (K2CO3) =39x2+12+16x3=138 а. е. м.

М (SiO2) =28+16x2=60 а. е. м.

М (2H2O) =2x (1x2+16) =36 а. е. м.

М (K2OxSiO2x2H2O) =39x2+16+28+16x2+2x (1x2+16) =190 а. е. м.

М (CO2) = 12+16x2=44 а. е. м.

- 100%

- Х%;

Х=18.8%;

 

В ходе расчета получили, что при растворении в вращающем автоклаве теряется 18,8% - CO2

Кварцевый песчаник 25,64%

М=72000-25,64%=18460,8 т

М=18460,8+5%=19383.84 т

Мп=19383.84 +0,5%+1%+0,5%=19773.94 т;

Поташ 58,97%

М=72000-58,97%=42458,4 т

Мп=42458,4+18,8%=58422,7584 т;

Вода 15,39%

Мп=72000-15,39%=11080,8 т

 

Мп=19773.94+58422,7584 +11080,8 =89277,4984 т

 

Потери при отстаивании и транспортировки на склад:

 

Мп=89277,4984+0,5%=89723,89т - необходимое общее количество жидкого калиевого стекла:

 

3 смены в день, непрерывный рабочий график.

Рабочих дней 337.

Количество часов в год 8088 ч

 

Таблица 2 - Потребность цеха в сырье для выполнения производственной программы

Единицы измерения времени	Наименование продукции
	Кварцевый песчаник, т	Поташ, т	Вода, т	Кварцевый песчаник + Поташ + Вода, т	Жидкое калиевое стекло, т
В час	2.44	7,22	1,37	11,04	11,09
В смену	19.56	57,79	10,96	88,31	88,75
В сутки	58.68	173,36	32,88	264,92	266,24
В год	19773,94	58422,76	11080.8	89277,5	89723,89