Технологическая линия по производству жидкого стекла

Растворение щелочного силиката можно производить и при нормальном атмосферном давлении, но непременно в виде тонкоизмельченного стеклопорошка при температуре 90—100⁰С.

Из мокрых способов производства растворимого стекла чаще применяется щелочной. Он основан на растворении различных видов кремнезема в растворах едких щелочей под давлением во вращающихся или стационарных автоклавах-реакторах:

2NaOH + mSiO₂ = Na₂O*mSiO₂ + H₂O.

При этом способе жидкое стекло получается непосредственно, минуя процесс варки силикат-глыбы. Наиболее подходящими модификациями кремнезема являются его аморфные разновидности: трепел, диатомит и др. [3] Однако часто используют местные пески. Загрязненность песка глинистыми примесями практически не влияет на получение жидкого стекла, однако они дают осадок, поэтому присутствие их в песке нежелательно. [2]

В твердом состоянии растворимое  стекло по свойствам очень близко к оконному. Главное его отличие состоит в способности растворяться в горячей воде с образованием раствора щелочного силиката разной концентрации — жидкого стекла. Высокомодульные стекла при совершенно одинаковых условиях растворяются труднее, чем низкомодульные. [3]

Для варки жидкого стекла щелочным способом сконструированы два реактора, различные по принципу работы. Автоклав-реактор конструкции В.Т.Новикова и Л.В.Матиаса представляют собой стационарный цилиндр (различной емкости) с мешалкой. Подогрев его электрический, газовый или паровой, давление-до 25 атм. Производительность автоклава составляет 0,5 т жидкого стекла за 2 часа работы. Вращающийся автоклав-реактор системы Г.И.Голованевского представляет собой два коллектора, собранные из 21 трубы длиной 4 м и диаметром 95 мм и соединенные в пространственную систему, которая состоит из центральной оси и приваренных к ней пяти бандажей жесткости. Давление в автоклаве (до 40 атм.) осуществляется за счет электроподогрева. Перемешивание массы достигается вращением автоклава со скоростью 24 об./ мин.

В настоящее время Голованевским Г.И. и Голованевским М.Г. для изготовления жидкого стекла сконструированы автоклавы АР-3 (емкость 0,8 м³) и АР-4 (емкость 3,4 м³). Автоклавы работают под давлением 20 атм. Продолжительность цикла, включая загрузку и выгрузку, составляет 4-5 час. Реактор автоклава АР-4 представляет собой сварную конструкцию из катанных поперечных труб диаметром 95/4 мм. Концы этих труб (патрубков) привариваются к 19 горизонтальным коллекторам (трубы диаметром 168/9 мм), образуя герметизированную трубчатку (реактор). Центральная часть трубчатки располагается в печи, на поле которой уложены электронагревательные элементы-9 шт. Концевые части трубчатки, находящиеся вне печи, изолированы. Энергичное перемещение шихты и равномерность прогрева создаются за счет периодического реверсивного поворота реактора на 180⁰ и выстаиванием. Автоклав периодически очищают от остатков непрореагировавшего продукта и накипи. [2]

    1.8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКТА

Химический состав жидкого  стекла, получаемого растворением силикат-глыбы, близок по модульной характеристике исходной силикат-глыбе. Небольшое снижение модуля связано с образованием в ходе растворения кремнеземистых осадков. Примесный состав жидкого стекла также, в основном, определяется концентрацией примесных ионов в исходной силикат-глыбе.

Состав жидкого стекла в технологическом  цикле его производства может  изменяться целенаправленно с целью  изменения модуль, а также при  введении в состав стекла специально модифицирующих добавок для улучшения  тех или иных технологических  характеристик жидкого стекла. В ряде случаев производство связано с необходимостью уменьшения величины силикатного модуля, т.к. выпускаемая продукция чаще всего характеризуется высокими значениями силикатного модуля. Снижение модуля до требуемых значений достигается введением едких щелочей, как в емкости с готовым жидким стеклом, так и непосредственно в автоклав до начала растворения силикат-глыбы (снижение модуля совмещается с варкой).                                                                                                                                                                                                                                          Обратная задача – повышение модуля жидкого стекла, по сравнению с модулем силикат-глыбы - может быть решена лишь в ограниченных пределах за счет небольшого увеличения модуля свыше 3,3 для растворов невысокой плотности при дополнительном растворении в жидком стекле активного кремнезема. Жидкое стекло с модулем 4,0 можно получить дополнительным растворением аэросила.

Одним из приемов создания жидкостекольных  связующих заданного уровня свойств  является модифицирование жидкого  стекла. Производство модифицированного  жидкого стекла предусматривает  введение в состав стекла добавок-модификаторов на одной из стадий технологического процесса производства жидкого стекла. В зависимости от природы добавки-модификатора и физико-химических процессов взаимодействия такой добавки с щелочным силикатным раствором добавка может вводиться непосредственно в автоклав при растворении силикат-глыбы, в свежеприготовленный раствор при повышенной температуре или в уже готовое жидкое стекло. В последнем случае добавка-модификатор вводится в состав стекла как при его производстве, так и непосредственно у потребителя, перед применением жидкого стекла для тех или иных целей. В качестве модифицирующих добавок используются алюминаты, цинкаты щелочных металлов, органические вещества, такие как мочевина, тиомочевина, полиакриламид и д.р. При введении модификаторов в автоклав в процессе растворения силикат-глыбы необходимо учитывать их сосуществование с реакционной средой при высоких давлениях и температурах (130-160ºС) и собственную термическую устойчивость, особенно добавок-модификаторов органической природы.Контроль производства жидкого стекла включает входной контроль химического состава силикат-глыбы и определение характеристик полученного раствора: химического  состава, плотности, в отдельных случаях массовой доли нерастворимых в воде веществ (нерастворимого остатка).

 

1.9. ПРАВИЛА  ПРИЕМКИ, МАРКИРОВКИ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ  И ХРАНЕНИЯ ПРОДУКТА. ГАРАНТИИ  ПРОИЗВОДИТЕЛЯ

 

ПРАВИЛА ПРИЕМКИ [4]

Жидкое стекло принимают партиями. Партией считают любое количество однородного по своим качественным показателям продукта, оформленное  одним документом о качестве, содержащим:

• наименование предприятия-изготовителя, его товарный знак;
• наименование продукта и его вид;
• номер партии;
• дату изготовления;
• массу брутто и нетто;
• результаты проведенных испытаний;
• обозначение настоящего стандарта;

 

Каждую железнодорожную цистерну считают партией.

В каждой партии жидкого стекла определяют плотность, массовую долю двуокиси кремния  и окиси натрия, силикатный модуль. Определение остальных показателей  изготовитель проводит периодически по требованию потребителя.

Для проверки качества жидкого стекла на соответствие требованиям настоящего стандарта проводят приемо-сдаточные  и периодические испытания, для  чего отбирают из разных мест партии 10% бочек, но не менее трех бочек, а от каждой цистерны отбирают объединенную пробу не менее 2 дм³.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей проводят повторные  испытания на удвоенной выборке  или объединенной пробе, взятых от той  же партии.

Результаты повторных испытаний  распространяются на всю партию.

 

УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ  И ХРАНЕНИЕ [4]

Жидкое стекло разливают в стальные бочки I и II типов по ГОСТ 6247-79 вместимостью 250 дм³ и металлические банки I и II типов вместимостью от 0,5 до 6 дм³ по ГОСТ 6128-81.

Банки с жидким стеклом массой нетто 5 кг и менее упаковывают в деревянные ящики по ГОСТ 2991-85, ГОСТ 13358-84 или фанерные ящики по ГОСТ 5959-80.

По согласованию с потребителем допускается упаковка в деревянные бочки по ГОСТ 8777-80 вместимостью 100-150 дм³ и в железнодорожные и автомобильные цистерны.

Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192-77 с нанесением данных, характеризующих  продукцию:

• наименование предприятия-изготовителя, его товарного знака;
• наименование продукта и его вида;
• номера партии;
• даты изготовления;
• массы брутто и нетто;
• обозначения настоящего стандарта.

 

Жидкое стекло транспортируют всеми  видами транспорта в соответствии с  правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида.

По железной дороге жидкое стекло транспортируют наливом в железнодорожных цистернах.

При транспортировании бочки должны быть установлены так, чтобы исключить  возможность их перемещения и  качения.

Жидкое стекло должно храниться  в плотно закрытой таре, в закрытых помещениях.

При транспортировании и хранении жидкого стекла при отрицательной температуре перед применением его температуру доводят до температуры производственного помещения.

При хранении бочки устанавливают  только в один ярус.

ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ

Изготовитель гарантирует соответствие жидкого стекла требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий транспортирования и хранения.

Гарантийный срок хранения жидкого  стекла-1 год со дня изготовления. По истечении гарантийного срока  хранения продукт перед использованием должен быть проверен на соответствие требованиям настоящего стандарта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТНО-ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1.  Расчетная  функциональная технологическая  схема производства продукта.

В своей курсовой работе я выбрал производство растворимого стекла мокрым способом, т.к, во-первых, этот способ одностадийный. Во-вторых, он основан на растворении в едких щелочах различных форм кремнезема. В-третьих, данный способ экономичен с точки зрения энергозатрат.

 

 

 

 

2.2. Расчет производственной шихты.

 

Исходя из выбранной технологической  схемы, произвожу расчет материального  баланса. Определим процентное содержание каждого из компонентов жидкого  стекла. Так же определим сколько  необходимо в тоннах каждого компонента для того, чтобы получить 1 тонну  жидкого стекла.

2NaOH + 3SiO₂ + 8H₂O = Na₂O*3SiO₂*9H₂O

ММ₁       ММ₂     ММ₄                  ММ₃

      Y        1т * 0,9     Z                       A                  *100%

Подсчитали молярные массы компонентов:

ММ₁=80

ММ₂=180

ММ₃=404

ММ₄=144

Высчитываем количество каждого компонента необходимого для получения 1 тонны жидкого стекла. Составляем пропорции:

Y= (MM₁*0.9)/MM₂ = 400 кг

Z= (Y*MM₄)/MM₁ = 720 кг

На 1 тонну жидкого стекла необходимо:

NaOH – 400 кг

H₂O – 720 кг

SiO₂ – 900 кг

Вычислим по процентному содержанию так же, исходя из пропорций:

Y^/= (80*100%)/404=19.8%        Z^/= (100%*144)/404=35.64%       X^/= (100%*180)/404=44.56%

 

компоненты	приход			выход
	т	%	т/ч	т	%
Кварцевый песок SiO2	0,9	44,56	5,7	-	-
Щелочь NaOH	0,4	19,8	2,5	-	-
Вода H2O	0,72	35,64	4,5	-	-
Жидкое стекло Na2O*3SiO2*9H2O	-	-	12	1	100

                                                                

2.3. Расчет производственной  программы технологической линии.

 

 

 

 

 

 

оборудование	годовая производительность			расчет годового фонда рабочего времени					часовая производительность
	G т/г	потери %		К	кол-во дней/год	кол-во смен/сут.	кол-во ч/см	кол-во ч/год	т/ч	Р	м3/г
		физ.	Физ - хим.
вагон	100000			0,95	365	3	8	8322	12	1,525
бак-хранилище  жидкого стекла	100500	0,5		0,95	365	3	8	8322	12,1	1,525	1134
автоклав-реактор	105525	0,5	4,5	0,8	365	3	8	8322	12,7	1,3
бак-смеситель	105525			0,8	365	3	8	8322	12,7	1,3
линия I                        19,8% от массы готового продукта
Бункер + дозатор	20894			0,95	365	3	8	8322	2,5	1,3	1,7
бак для щелочи	20998	0,5		0,95	365	3	8	8322	2,5	1,3
Бункер + дозатор	84631			0,95	365	3	8	8322	10,2	1,3	7
вибромельница	85054	0,5		0,95	365	3	8	8322	10,2	1,3
линия II                         35,64% от массы готового продукта
Бункер + дозатор	37609			0,95	365	3	8	8322	4,5	1	4,2
бак для воды	37787	0,5		0,95	365	3	8	8322	4,5	1
линия III                        44,56% от массы готового продукта
Бункер + дозатор	47022			0,95	365	3	8	8322	5,7	1,5	3,3
склад песка	47257	0,5		0,95	365	3	8	8322	5,7	1,5	520