Технологическая линия по производству жидкого стекла

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Вяжущие вещества»

НА ТЕМУ: Технологическая линия по производству жидкого стекла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРМЬ 2008

 

Содержание

1. Теоретический раздел

1.1. Введение………………………………………………………………………………….…....3

1.2. Характеристика промышленных жидких стекол…………………………………............…4

1.3.Физико-химические процессы, происходящие при твердении вяжущего………………....7

1.4. Коррозия жидкого стекла. Область применения жидкого стекла………………………….9

1.5.Общие сведения о силикат-глыбе………………………………...…..……………….….….12

1.6.Показатели качества натриевого жидкого стекла…........……………..................……........16

1.6.1. Технические требования………………………………..................….…..…………..…....16

1.6.2.Методы испытания…………………………….........……...........….....................................17     

1.7.Анализ существующих технологических схем производства жидкого стекла...................32

1.8.Технологические факторы, влияющие на качество продукта……………...................……35

1.9. Правила приемки, маркировка, транспортирования и хранения продукта. Гарантии производителя……………………………………………......................................……….…...36

2. Расчетно-проектный раздел

2.1. Расчетная функциональная технологическая схема производства жидкого стекла….......38

2.2. Расчет производственных шихт ……………………………………….................……...…..39

2.3. Расчет производственной программы технологической линии ….................………..........40

2.4. Подбор основного механического оборудования …………………..................…….....…...41

2.5. Ориентировочный подбор основного теплотехнического оборудования................…..…..41

2.6. Расчет удельных нагрузок и оценка эффективности подобранного механического и            теплотехнического оборудования по энергозатратам ……………….................….....…........42

3.Список использованной  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

1.  ВВЕДЕНИЕ

      Объемы строительства в России требуют применения новых экологически чистых высокоэффективных отделочных материалов на основе недефицитных составляющих. Использование жидких силикатных вяжущих наиболее перспективное направление при решении этих задач. Под силикатными вяжущими понимают твердые водорастворимые стекловидные силикаты натрия и калия. Растворимые силикаты натрия и калия являются продуктами производства стекольных заводов. Общий объем производства жидких стекол превышает 700000 т в год.[1]

      Под растворимыми стеклами понимают твердые водорастворимые стекловидные силикаты натрия и калия характеризующиеся определенным содержанием и соотношением оксидов M₂O и SiO₂, где М - это Na и К, а мольное соотношение SiO₂ /M₂O составляет 2,6-3,5 при содержании SiO₂ 69-76 масс, для натриевого стекла и 65-69 масс.% - для калиевого стекла. Жидкие стекла характеризуются широким диапазоном составов, а, следовательно, и свойств. Специфической особенностью таких систем является то, что при непрерывном изменении химического состава по мере уменьшения щелочности от высокощелочных систем до золей кремнезема происходит изменение их свойств, связанное с принципиальными изменениями физико-химической природы растворов, в частности с появлением в системе высокополимерного кремнезема в коллоидной форме.[1]

      Жидкие стекла, выпускаемые промышленностью, представляют собой густые вязкие прозрачные жидкости без видимых механических включений и примесей. Жидкое стекло может быть бесцветным, однако, в большинстве случаев оно окрашено примесями в слабо-желтый или серый цвет. Химический состав промышленного жидкого стекла определяется в основном составом исходных стекловидных щелочных силикатов.

      Промышленностью нашей страны выпускаются в основном натриевые жидкие стекла, в меньших масштабах производятся калиевые жидкие стекла, а литиевые и жидкие стекла на основе четвертичного аммония выпускаются в виде отдельных опытных партий. Преимущественное производство натриевых жидких стекол по сравнению с калиевыми и тем более литиевыми стеклами и стеклами на основе четвертичного аммония объясняется большей доступностью сырья и дешевизной при приемлемом уровне некоторых технических свойств стекла, например величины адгезии к различным подложкам.

      В соответствии с действующей нормативно-технической документацией в нашей   стране выпускаются «стекло натриевое жидкое», «стекло калиевое жидкое», а также смешанные калиево-натриевые и натриево-калиевые жидкие стекла. Другие виды жидких стекол выпускаются по временным техническим условиям и стандартам предприятий. Производство жидкого стекла (растворение силикат-глыбы, растворение кремнезема в щелочах) рассредоточено по многочисленным предприятиям — потребителям жидкого стекла, относящимся к различным отраслям народного хозяйства.[1]

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА  ПРОМЫШЛЕННЫХ ЖИДКИХ СТЕКОЛ

 

      Жидкое стекло представляет собой густой вязкий раствор. Хорошо приготовленные растворы жидкого стекла обычно имеют слабо-желтоватую окраску и бывают почти совершенно прозрачны. В тех случаях, когда содержание коллоидной суспензии значительное, растворы жидкого стекла принимают серо-мутную окраску. При долгом хранении и особенно при повышенной температуре из него выделяется коллоидный остаток. Хорошо профильтрованное жидкое стекло содержит незначительное количество посторонних примесей. Это происходит потому, что при растворении твердой силикат-глыбы большая часть примесей или остается в нерастворенном виде или коагулирует в виде хлопьевидных осадков, отделяемых фильтрованием.[2]

      Основные требования к химическому составу, модулю и удельному весу жидкого стекла приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Химический состав, модуль и удельный вес жидкого стекла

[ по ГОСТ 13079-81]

Показатели	Вид жидкого стекла
	содовое	содово-сульфатное
Химический состав, %	32,0-34,5   0,25     0,20   0,18   11-13,5 57 2,60-3,00 1,50-1,55	28-32   0,40     0,30   1,00   10-12 60 2,56-3,00 1,43-1,50
а) кремнезем (ангидрид         кремневой кислоты)SiO2 б) окись железа и окись    алюминия(Fe2O3+Al2O3)    не более в) окись кальция (CaO) не более г) серный ангидрид SO3 не более д) окись натрия (Na2O) e) вода (H2O) не более Модуль жидкого стекла Удельный вес

 

 

      Модуль жидкого стекла можно понизить путем введения едкой щелочи, а удельный вес – разбавлением водой. Растворы жидкого стекла можно смешивать с водой во всех отношениях. В зависимости от количества в них воды растворы отличаются друг от друга удельным весом и большей или меньшей степенью вязкости.

      Коллоидный характер жидкого стекла сказывается на температуре кипения и замерзания. Так, концентрированные растворы жидкого стекла имеют более низкую точку кипения, чем растворы электролитов при тех же концентрациях. С другой стороны, замерзшее жидкое стекло даже при температуре –20-30⁰ представляет собой железобетонную массу с незначительной твердостью, хотя температура замерзания его несколько выше (-11⁰).[2]

      Химический состав промышленного жидкого стекла определяется в основном составом исходных  стекловидных щелочных силикатов, однако, его примесный состав может формироваться также в ходе его производства (измельчение силикат-глыбы, автоклавное растворение, транспортирование, хранение).

      Химическая характеристика  промышленных жидких стекол в соответствии с действующей технической документацией включает содержание основных оксидов (SiО₂, R₂O), их мольное

соотношение (модуль), содержание примесных  оксидов (AL₂O₃, Fe₂O₃, CaO, SО₃) и плотность раствора.

      Содержание основных оксидов в промышленных натриевых жидких стеклах в пределах стандартной плотности.

Содержание SiО₂ и R₂O в промышленных жидких стеклах.       

Таблица 2 [10]

Характеристика стекла	Содержание оксидов,%		Модуль n
	SiО2	Na2O
Низкомодульное стекло (марка А)	29,7-30,7	12,3-13,2	2,31-2,60
Среднемодульное стекло (марка Б)	30,8-31,9	11,0-12,1	2,61-3,0
Высокомодульное   стекло (марка  В)	32,0-33,1	9,8-11,0	3,01-3,5

 

      Силикатный (кремнеземистый) модуль жидкого стекла определяется по формуле N=SiO₂/R₂O* m, где m-отношение молекулярной массы щелочного оксида к молекулярной массе SiO₂.;

 m_Na= 1,032; m_K =1,568; SiО₂, R₂O- содержание оксидов, %.

       Плотность жидкого стекла неоднозначно определяется концентрацией растворенного силиката щелочного металла, поскольку такой силикат может характеризоваться разным силикатным модулем, а вклад SiО₂ и Na₂O в плотность раствора различен. Зная модуль жидкого стекла и плотность, можно однозначно определить содержание в растворе оксидов SiО₂ и R₂O, а по модулю и абсолютному содержанию оксидов - плотность раствора. Определив содержание в жидком стекле Na₂O и плотность, по величине модуля можно рассчитать содержание в жидком стекле SiО₂.

      В ряде случаев для практического применения достаточны приближенные характеристики состава жидкого стекла. В этом случае модуль может быть рассчитан в соответствии с ГОСТ 13079-81 для натриевого жидкого стекла, исходя из значений плотности и концентрации  Na₂O по уравнению:

n=[A*(ρ-1)/x*10*ρ/m*(1-N*sqrt(x*10*ρ/m)]-C,где A,N,C- константы, для натриевого жидкого стекла соответственно равные 24,88; 0,071; 2,071; ρ - плотность жидкого стекла, г/см³; x-массовая доля оксида натрия, % ( по анализу); m-молекулярная масса щелочного оксида (для Na₂O равна 62).

      Природа жидких стекол двойственна. С одной стороны, они ведут себя как растворы электролитов (сжимаемость, электропроводимость), с другой — как растворы полимеров (вязкость). В отличие от полимеров жидкие стекла содержат не полимерные молекулы, а мономерные катионы щелочного металла и полимерные кремнекислородные анионы, степень полимеризации которых невелика по сравнению с органическими полимерами.

Оксиды щелочных металлов заметно влияют на свойства жидкого  стекла. При одном и том же молярном составе (модуле) содержание кремнезема и степень полимеризации у натриевого стекла больше, чем у калиевого. Ионы калия крупнее, в большей степени разрыхляют структуру растворимого стекла, и оно легче растворяется в воде.

       Полимерные свойства растворимого стекла проявляются в малой склонности его к кристаллизации, в способности к набуханию и в высокой вязкости образующихся растворов. Известно, что степень полимеризации зависит, прежде всего, от соотношения содержания кремнезема и щелочных металлов. С увеличением содержания R₂O в растворимом стекле степень его полимеризации уменьшается. Быстрое охлаждение высокотемпературного стекольного расплава также обес-печивает меньшую степень полимеризации, поскольку при низких температурах интенсивно разрушаются агрегаты кремнезема. Наоборот, отжиг стекла с целью кристаллизации увеличивает степень полимеризации. Полимерные свойства растворимых стекол выражены слабо, но они сохраняются и в растворах жидкого стекла.

       Жидкое стекло представляет собой густой, вязкий раствор. Хорошо приготовленные растворы жидкого стекла обычно имеют желтоватую окраску и бывают прозрачными. В тех

случаях, когда коллоидной суспензии содержится много, растворы жидкого стекла имеют мутно-серую окраску. При растворении водой силикат-глыбы большая часть примесей остается в нерастворенном виде или коагулирует в виде хлопьевидных осадков.

       В закрытых сосудах жидкое стекло может храниться очень долго. На воздухе оно разлагается тем быстрее, чем выше его модуль. При нагреве оно также разлагается с выделением аморфного кремнезема. Растворы жидкого стекла обладают липкостью и вяжущими свойствами. Все кислоты разлагают жидкое стекло с образованием коллоидных студнеобразных осадков кремниевой кислоты. Растворимые в воде соли также вызывают разложение жидкого стекла. Оно реагирует с основаниями, спиртами, ацетоном, эфирами и др.[3]

1.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ТВЕРДЕНИИ  ВЯЖУЩЕГО.

 

      Жидкое стекло без добавок – ускорителей твердеет относительно медленно. Общепринятой   теории твердения вяжущих и бетонов на основе жидкого стекла нет. Считают, что при твердении     могут происходить следующие процессы.