Выбор оборудования и компоновка поточной линии производства

Выбор оборудования осуществляется в соответствии с принятой технологической схемой завода и исходя из потребной производительности для каждой операции по справочникам и каталогам (часть 3 комплексного проекта). В данном курсовом проекте рассчитывается количество каждого вида оборудования:

Nобор.=Пчас./Ппасп.*Писп., (9)

где Пчас. – необходимая производительность цеха или передела, т/час; Ппасп. – паспортная производительность отдельного вида оборудования, т/час; Кисп. – коэффициент использования оборудования, по нормативам обычно 0,85-0,95.

Расчет оборудования рекомендуется производить в порядке установки отдельных машин в технологическом потоке от подачи сырья до выхода готовой продукции.

Дробление сырьевых материалов. Различают дробление крупное, среднее, мелкое. В результате крупного дробления получают продукт с верхним пределом крупности 100-200 мм, при среднем дроблении крупность материала уменьшается до 20-40 мм, при мелком – до 3-10 мм. Основными факторами, определяющими выбор схемы дробления сырьевых материалов, являются их физические свойства, а также размеры кусков, поступающих на измельчение (табл. 6, на примере производства цемента).

Таблица 6 - Типы дробилок, применяемых в цементном производстве для дробления сырьевых материалов и добавок

Сырьевые материалы	Типы дробилок для стадии дробления
первой	второй	третьей
Особо твердые кристаллические известняки, мрамор	щековая	молотковая или конусная	конусная или молотковая
Твердые кристаллические известняки и мергели средней плотности	конусная	то же	то же
Известняк-ракушечник, твердые трепел, опока и туф	самоочищающаяся молотковая	-	-
Мягкие опока, трепел, туф, пемза	валковая или самоочищающаяся молотковая	-	-
Глинистые мергели и сланцы	то же	-	-
Глина и мел	то же	-	-

По конструкции и принципу работы различают следующие основные типы дробилок:

а)щековые дробилки (см. табл. 1, приложение 4): раздавливание происходит между неподвижной и подвижной щеками в результате периодического нажатия;

б) конусные дробилки (см. табл. 2): раздавливание материала происходит между двумя конусами. В конусных дробилках процесс измельчения происходит непрерывно;

в) валковые дробилки: материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу;

г) молотковые дробилки (см. табл. 3) - дробление материала осуществляется в результате ударов по нему молотков или бил быстро вращающегося ротора, а также ударов кусков о стенки камеры дробления и о другие куски.

Для ориентировочных расчетов производительности щековой дробилки (Q) можно пользоваться эмпирической формулой:

Q=0,093L∙d, (10)

где Q – производительность дробилки, т/ч; L - длина разгрузочной щели, см; D - ширина разгрузочной щели в положении наибольшего удаления (размаха) щек, см. Коэффициент дробления щековых дробилок не превышает 4-6.

Производительность конусных дробилок (Q) может быть подсчитана эмпирической формулой:

Q=6,8 D² l∙n∙ρ₀, (11)

где Q – производительность дробилки, т/ч; l – наибольший размер кусков раздробленного материала, м; n – число качаний конуса в минуту; ρ₀ - средняя плотность материала, т/м³.

Производительность валковых дробилок может быть определена по формуле:

Q = 3600 υ∙L∙b∙μ; (12)

где Q – производительность дробилки, т/ч; υ – окружная скорость валков, м/сек, равная πDn/60, где D – диаметр валков, м; n - число оборотов валков в минуту; L – длина валка, м; b – ширина разгрузочной щели, м; μ - коэффициент разрыхления породы, принимаемым равным, например, для известняка – 0,35, для глины – 0,4-0,6.

Молотковые обыкновенные дробилки, предназначенные для дробления всех видов хрупких материалов с небольшой влажностью, могут быть однороторные и двухроторные. Производительность молотковых однороторных дробилок может быть определена по формуле:

Q= L∙D∙e, (13)

где Q – производительность дробилки, т/ч; L – длина ротора, м; D – диаметр ротора, м; e - ширина щелей в колосниковой решетке, мм.

Помол сырьевых материалов. Тонкое измельчение сырьевых материалов называется помолом. Комплекс оборудования, участвующего в этой операции, объединяется в помольный цех завода. Этим оборудованием являются, в первую очередь, мельницы и механизмы, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу мельниц:

- расходные бункера для создания некоторого запаса материала перед мельницей;

- питатели, обеспечивающие равномерное питание мельницы исходными материалами;

- аспирационная установка с пылеочистительными аппаратами, способствующая повышению производительности мельницы;

- сепараторы (классификаторы), устанавливаемые при мельницах, работают в замкнутом цикле и служат для отделения недоизмельченных зерен, подвергаемых затем вторичному размолу;

- транспортирующие механизмы, подающие материал в расходные бункера, а измельченный продукт от мельниц – в сепараторы, силосы или шламбассейны;

- приборы автоматического регулирования процессом помола;

- вентиляционные устройства.

Основным технологическим агрегатом помольного цеха является мельница. Наиболее распространенные помольные агрегаты – трубные мельницы, у которых отношение длины корпуса к диаметру находится в пределах от 2 до 6 (см. табл. 4,5,6, приложение 4).

Производительность трубной мельницы можно подсчитать по формуле:

Q = 6,45V∙√D∙ (P/V) 0,8∙k∙b∙q, (14)

где Q – производительность мельницы, т/ч; V – полезный объем мельницы, м; D – внутренний диаметр мельницы, м; P – вес мелющих тел, т; k – коэффициент аспирации; b – удельная производительность мельницы (полезная мощность), т/кВт∙ч; q - поправочный коэффициент на тонкость помола.

Величина коэффициента аспирации изменяется от 1 при незначительной аспирации (скорость воздуха в мельнице примерно 0,2 - 0,3 м/с) до 1,25 (скорость воздуха 0,6 - 0,7 м/с).

Удельная производительность мельницы (b) – это количество тонн измельченного до определенной степени материала, получаемого при затрате 1 кВт∙ч электроэнергии. Величина этого коэффициента непосредственно определяется величиной размолоспособности материала и в среднем равна: для трасса – 0,022, кварцевого песка – 0,026, клинкера и доменных гранулированных шлаков – 0,040, известняка – 0,042, опоки – 0,054.

Величина поправочного коэффициента (q) равна 1 при тонкости помола, характеризуемого остатком на сите №008 в количестве 10%. При увеличении тонкости помола до остатка на сите №008 6-8% коэффициент тонкости помола уменьшается соответственно до 0,9-0,8, т.е. примерно на 10-20%.

В аэродинамических и тепловых расчетах помольных установок коэффициенты подсоса воздуха в мельницу рекомендуется принимать 1,25-1,30; в сепараторах и циклонах - 1,10. Скорости газов в разгрузочных цапфах трубных мельниц с гравитационной разгрузкой из условий сушки – 7-10 м/сек; трубных вентилируемых – 18 м/сек, мельниц «Аэрофол» - 18-23 м/сек. из условий пневморазгрузки.

Производительность вращающихся печей, зависящая от многих факторов, определяется по формуле:

П = F∙K∙∆t/q, (15)

где П –производительность печи, кг/ч; F – поверхность теплопередачи (футеровки и внутренних теплообменных устройств), м2; К - средний коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²∙^◦С); ∆t – средняя разность температур газов и обжигаемого материала, ^◦С; q – удельный расход теплоты на обжиг клинкера, кДж/кг.

Из этой формулы следует, что основным направлением повышения производительности вращающихся печей является осуществление мер по увеличению поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи.

При компоновке поточной линии производства необходимо учитывать, что в качестве технологического, транспортного и грузоподъемного оборудования на заводах, цехах гипсовых вяжущих веществ применяются: дробильно-сортировочное и обогатительное оборудование, бункеры, питатели, дозаторы, мельницы различной конструкции, пневматические установки, конвейеры, элеваторы, аэрожелобы, циклоны, фильтры, дымососы, вентиляторы, гипсовые котлы, барабаны сушильные, автоклавы, камеры томления, пневмонасосы и др. Заводы и цехи работают в циклическом, циклическо-непрерывном и непрерывном режимах, определяемых типом основного оборудования.

На рис. 8 - 10 (см. приложение 3) показаны технологические схемы производства соответственно негашеной комовой извести, известковой муки, гашеной гидратной извести и известкового молока. В зависимости от принятой технологической схемы и оборудования можно получить крупно- или мелкокусковую известь, молотую известь с добавками, известковую муку, гашеную гидратную известь, известковое тесто и известковое молоко. Для обжига используются различные агрегаты: шахтные печи (рис. 11, приложение 3), вращающиеся печи, печи с кипящим слоем и др. Для гашения применяются: гидраторы (рис. 12, приложение 3), гасильные барабаны (рис. 13, приложение 3), силосы–реакторы, известегасилки (рис. 14) и др. На рис. 10 приведена схема цепей оборудования технологической линии производительностью 400 тыс. м³ известкового молока в год.

Комплекс основного оборудования по производству извести включает: дробильно-сортировочное и обогатительное оборудование, питатели и дозаторы, мельницы, обжиговые печи и сушилки, силосы-реакторы и гидраторы, известегасилки, бункеры и силосы, транспортное оборудование, дымососы и вентиляторы, системы контроля и управления.

На рис. 16, 17 (см. приложение 3) показаны схемы цепей оборудования цементных заводов соответственно сухого и мокрого способов производства цемента. На рис. 22 приведена схема цепей оборудования для производства сырьевой муки на заводах сухого способа производства цемента.

На рис. 24 (см. приложение 3) показана схема печного агрегата, получившая широкое применение при разработке общей схемы цементного завода сухого способа производства.

В таблицах 5 и 6 (см. приложение 4) приведены комплексы основного оборудования цементных заводов сухого и мокрого способов производства цемента.

На цементных заводах применяется смешанная компоновка оборудования. Такое оборудование, как вращающиеся обжиговые печи, шламбассейны, цементные силосы и др. размещаются на открытых площадях ввиду их больших размеров. А, например, загрузочные и разгрузочные концы печей, мельницы, транспортирующее оборудование, сепараторы, циклоны, фильтры и др. – в производственных зданиях.

В качестве примера компоновочных решений цементных заводов на рис. 20 (см. приложение 3) приведена схема расположения основных отделений (участков) технологической линии с двумя печами 4х60 м сухого способа производства.

Характеристика выбранного оборудования сводится в сводную таблицу 7.

Расчет потребляемой электроэнергии производится на основании данных по каждому виду оборудования, и может быть представлен по форме, указанной в таблице 8.

Таблица 7 - Спецификация оборудования.

№ п/п	Наименование	Тип или марка	Краткая техниче-ская характеристика	Кол-во, шт.	Мощность электродвигателя, кВт.	Габаритные размеры, мм.

Таблица 8 - Потребность предприятия в электроэнергии

№ п/п	Наиме-нование обору-дования с электродвигателем	Количество единиц оборудования	Мощность электродвигателя, кВт	Продолжительность работы в смену	Коэффициент использования смены	Коэффициент загруженности по мощности	Потребляемая электроэнергия с учетом коэффициента использования и загруженности по мощности
			Едини цы	Общая	(час)
	Итого:	-	-	+	-	-	-	+

Знак «плюс» в итоговой графе означает, что по этой колонке должен быть подсчитан суммарный результат.

В данном ориентировочном расчете потребности цеха в электроэнергии коэффициент загрузки по мощности связан с использованием технической производительности оборудования. Этот коэффициент должен определяться расчетно. В случаях, когда расчет затруднен, его величина может быть принята следующая, по группам оборудования (при работе в течение смены):

а) оборудование технологическое и непрерывно действующее (шаровые мельницы, дробилки, печи обжига, вентиляторы и т.д.) – 0,8-0,9;

б) оборудование периодического действия (дозаторы, варочные котлы периодические и т.д.) – 0,5-0,6;

в) оборудование транспортное, непрерывно действующее (элеваторы, конвейеры, шнеки и т.д.) – 0,8-0,9;

г) оборудование транспортное и грузоподъемное повторно- кратковременного режима (краны и кран-балки, лебедки, скиповые подъемники и т.д.) – 0,3-0,4.

Потребляемую мощность получают умножением мощности каждого электродвигателя на коэффициент загрузки и использования во времени.

Годовой расход электроэнергии (Эгод.) определяется как сумма энергозатрат – итоговый результат последней колонки таблицы 8.

Удельный расход электроэнергии на товарную единицу продукции составляет:

Эуд.=Эгод./Пгод., (16)

где Пгод. – годовая производительность по основному виду продукции, т.

При компоновке линии студент должен создать условия для эффективности работы оборудования. Размещение осуществляют в унифицированных пролетах шириной 18 или 24 метра с шагом колонн равном, как правило, 6 или 12 метров.

Необходимо помнить о необходимых проходах для обслуживания и ремонта машин и вспомогательного оборудования (транспортеры, дозаторы, обеспечивающие устройства и др.). Желательно, чтобы производственный процесс протекал без возвратных движений и пересечений.

5.3.4. Основные положения по проектированию отделений по производству вяжущих веществ.

При проектировании дробильных отделений пластинчатые питатели к щековым и молотковым дробилкам необходимо устанавливать так, чтобы материал поступал из них без боковой загрузки, и при наименьшей высоте падения; для конусных дробилок крупного дробления направление загрузки не регламентируется, питатели к ним можно не устанавливать.

Расположение питателей перед валковыми дробилками должно обеспечивать равномерное распределение материала по всей длине их валков.

Перед агрегатами вторичного дробления необходимо устанавливать металлоуловители.

Направление движения потока материала, поступающего на измельчение в ударно-отражательные и молотковые дробилки, должно совпадать с направлением вращения ротора дробилки.

Должны предусматриваться меры, предотвращающие примерзание и зависание сырья в бункерах (предусматривать обшивку стенок бункеров специальными антиадгезионными материалами).

При проектировании помольных отделений необходимо принимать к установке наиболее производительные мельницы, имея ввиду, например, что суммарная суточная производительность всех мельниц должна превышать максимальную суточную потребность печей в сырьевой смеси на 20-30%.

Помольные установки должны комплектоваться весовыми дозаторами, автоматическими пробоотборниками, приборами для контроля тонкости помола.

Системой контроля необходимо предусмотреть контроль наиболее важных параметров процесса, в т.ч. тонкости помола, работы двигателей основного и вспомогательного оборудования, аэродинамического режима работы мельницы и аспирационной системы, расхода электроэнергии, клинкера, добавок и ПАВ.

Тонкость помола готовой сырьевой смеси – не более 12-17% остатка на сите №008, влажность 0,5-1,0%. Тонкость помола крупки на выходе из мельницы «Аэрофол» принимается 50-60% остатка на сите 008, влажность - до 1%.

На период снижения влажности материала, поступающего в помольный агрегат, либо уменьшения или прекращения питания, что влечет за собой повышение температуры газов на выходе из агрегата (мельниц, дробилок), необходимо предусматривать автоматическую систему подачи распыленной воды в агрегат во избежание возрастания температуры газов выше допустимой.

К трубным мельницам с гравитационной разгрузкой необходимо предусматривать установку центробежных воздушно-циркуляционных сепараторов с выносными циклонами и вентилятором. Трубные мельницы с пневматической разгрузкой следует оснащать воздушно-проходными или центробежно-проходными сепараторами.

По помольным установкам следует предусматривать контроль работы двигателей и маслостанций основного и ряда вспомогательного оборудования (питателей, элеваторов, сепараторов, вентиляторов) в соответствии с инструкциями по эксплуатации; состояния подшипников мельниц, аэродинамических и теплотехнических параметров: разрежения и температуры газов на входе и выходе из мельницы, перед циклонами, вентиляторами, фильтрами и пр. Необходимо предусматривать также учет расхода сырья (крупки), потребляемой мельницей мощности, расхода топлива и др.

При использовании отходящих газов вращающихся печей в сушильно-помольной установке с целью обеспечения непрерывной работы печного агрегата, в случаях простоев помольно-сушильных агрегатов, необходимо предусматривать обводные тракты с кондиционерами для отходящих газов и дистанционно-управляемые регулирующие органы для изменения направления потоков дымовых, мельничных и топочных газов.

Следует учитывать необходимость установки датчиков загрузки мельниц с обеспечением возможности выбора их положения по длине мельницы.

Для производства ремонтных работ в отделении сырьевых мельниц и работ по загрузке мелющих тел необходимо предусматривать средства механизации, включая установки для поагрегатного ремонта.

Помольные отделения должны оснащаться стационарными средствами и системами пылеуборки.

Для питания вращающихся печей при мокром способе производства цемента должны применяться питатели, обеспечивающие равномерную загрузку печей и возможность плавного регулирования расхода подаваемого шлама. Количество шлама, подаваемого насосами в питатели, должно превышать на 15-20% максимальную потребность в нем печей. Для питания вращающихся печей сырьевой мукой необходимо применение весовых дозаторов непрерывного действия. Питающие установки следует размещать в непосредственной близости от теплообменников вращающихся печей.

Для пылеочистки дымовых газов печей должны применяться пылеулавливающие устройства, выбор которых производится с учетом требований по пылеочистке.

Для проведения ремонтных работ в печном отделении, а также для футеровочных работ, должны предусматриваться средства механизации (электрические тали, краны, манипуляторы и другое оборудование). Выбор средств механизации ремонтных работ зависит от местных условий и решается в каждом конкретном случае.

Печное отделение должно проектироваться с учетом возможности его расширения без нарушения работы действующих печей. На территории расширения исключается размещение каких-либо капитальных сооружений и инженерных коммуникаций.

5.3.5. Расчет емкости складов и бункеров и основные положения по проектированию складов сырьевых материалов

Определение емкостей и размеров складов зависит от принятого режима работы предприятия и необходимых нормативных запасов сырья и продукции. Складирование производится на открытых и закрытых складах. При расчетах определяется тип, количество, вместимость и геометрические размеры склада.

Требуемый объем материалов (для каждого отдельно) составит:

Vмат.=Q*Z/N, (17)

где Vмат. – объем материала на складе, м³; Q – годовой расход материала, м³; N – число рабочих дней в году; Z – нормы общего запаса в сутки. При доставке сырья железнодорожным транспортом – запас сырья на 15 дней, автотранспортом – до 5 дней.

Определив необходимый запас сырья, м³, и задавшись высотой, определяют необходимую площадь склада. Высота принимается 10-12 метров в зависимости от типа и механизма склада.

Склады сырья, поступающего на завод, могут быть штабельные и траншейные. На рис. 19 (см. приложение 3) показан закрытый склад известняка и глины цементного завода. Время запаса сырьевых материалов рассчитано на трое суток.

В практике подготовки и хранения сырья на цементных заводах используются, главным образом, два типа усредненных складов: «слоеный» штабель (рис.19), бункерный склад с весовыми дозаторами (питателями). Первые, как наиболее экономичные, имеют наиболее широкое применение на цементных заводах. Они размещаются или на карьере, или на самом заводе. Склад, как правило, должен иметь не менее двух штабелей складируемых материалов. Для формирования штабеля применяют штабелеукладчик с подвижной стрелой, роторный экскаватор и ленточные конвейеры.

Конструкция склада должна обеспечивать раздельное хранение всех компонентов без смешивания.

Оборудование усреднительного склада должно обеспечивать необходимую степень усреднения сырьевых материалов. Степень усреднения материала на складе может составлять от 2 до 10 в зависимости от способа отсылки и разгрузки усреднительных штабелей. Необходимая степень усреднения материала устанавливается в результате расчета усреднительной способности технологической схемы сырьевого передела.

Для эффективного усреднения размер кусков дробленных материалов и его влажность должны соответствовать требованиям, указанным в технических паспортах загрузочных и разгрузочных механизмов. В основном, усредняется материал после вторичного дробления с размером кусков менее 25-60 мм, влажностью не более 3-8% для твердых пород и не более 12-15% для мягких, глинистых материалов, при этом необходимо учитывать климатические условия привязки завода.

Работы по загрузке, разгрузке и штабелировке материала должны быть механизированы.

Производительность устанавливаемых на складе механизмов должна превышать производительность агрегатов, с которыми они связаны, на 10-20%.

Емкость складов готовой продукции может зависеть от необходимости вылеживания вяжущего до отправки его потребителю. Рекомендуется проектировать склад силосного типа. Силосные склады - железобетонные цилиндрические емкости с одним или двумя разгрузочными отверстиями. Для них унифицированы четыре диаметра: 3; 6; 12 и 18 м.

Объем силосного склада в м³, для каждого компонента составляет:

Vс=Пгод.*Сн/365*ρо нас.* Кз, (18)

где Пгод. – производительность завода по годовой продукции, т/год; Сн – число суток нормированного запаса; ρ_онас. – насыпная плотность материала, т/м³; Кз – коэффициент заполнения силоса, обычно принимаемый 0,9.

Число суток нормированного запаса принимают: для клинкера – 4-10, активных минеральных добавок и гипса – 15-30, цемента – 10-20.

Насыпная плотность сухих материалов составляет, т/м³: для гипса – 1,35; для золы - 0,4-0,7; клинкера – 1,5-1,65; туфа – 0,9-1,3; доменного гранулированного шлака – 0,5-0,8; портландцемента – 1,45; пуццоланового портландцемента – 1,2; шлакопортландцемента – 1,15-1,30.

По рассчитанному объему силосного склада по таблице 9 выбирают силоса для хранения сырьевых материалов или готового вяжущего.

Таблица 9 - Рекомендуемые размеры и емкости силосов

Диаметр силоса, м.	Высота цилиндрической части силоса, м.	Полезная емкость силоса, куб. м.
6,0 6,0 12,0 12,0	21,5 31,2 19,8 33,0

Емкость расходных бункеров (Vбун.) рассчитывается на 2-4 часовую производительность аппаратов, перед которыми они установлены:

Vбун.=П ап.*Т/ρо нас.*Кнап., (19)

где Пап. – производительность аппарата, т/час; Τ - время запаса, час; ρо нас. – насыпная плотность материала, т\м³; Кнап. – коэффициент наполнения бункера, 0,85 - 0,90.

Как правило, перед дробилками, сушильными барабанами и мельницами устанавливаются металлические или железобетонные бункеры.

Дата добавления: 2014-12-16