Разработка технологического регламента

На основе операторной схемы составляется регламент технологического процесса. В нем дается сводка и описание всех элементарных процессов, уточняются материальные и энергетические потоки, составляются материальные и энергетические балансы по отдельным технологическим операторам, аппаратам и по процессу в целом. С учетом физико-химической сущности процессов выявляются и вносятся в регламент все количественные данные о параметрах процессов, которые необходимы для последующих расчетов потоков, параметрических и конструктивных расчетов аппарата или выбора их характеристик по справочным данным.

Регламент технологического процесса получения гипса представлен в табл. 5.

Таблица 5. Технологический регламент

Технологический передел, процесс и его содержание, аппарат	Количественные характеристики параметров процесса	Операторы	Материальные и энергетические потоки, балансы
1. Складирование гипсового камня; процесс механический: загрузка и выдача материала с частичным усреднением зернового состава; технологическое оборудование – сырьевой бункер	Характеристики гипсового камня [1]: наибольшая крупность кусков – 300 мм; наименьшая крупность кусков – 100 мм; плотность в куске – 2400 кг/м3; плотность насыпная – 1300 кг/м3; влажность – 5 %; прочность на сжатие – 12 МПа; содержание СаSО4 ∙2Н2О = 95 %	Г2п Г1 Г2	Г1 - количество гипсового камня, поступающего в сырьевой бункер; Г2 - количество гипсового камня, выходящего из бункера; Г2п - механические потери в питателе и в транспортирующем устройстве. Материальный баланс: Г1 = Г2 + Г2п или Г2 = Г1 – Г2п. Примем Г2п = 0,001Г1, тогда Г2 = 0,999Г1 (1)
2. Дробление и гипсового камня; процесс механический – измельчение раздавливанием и истиранием; аппарат – щековая дробилка.	Наибольшая крупность загружаемых кусков 300мм; крупность дробления: фракция поступающих на вторичное дробление 0-125 мм, 0-10 мм - 4%, от 10-20 мм – 4%, 20-35 мм – 7%, 35-125 – 85%.	Г3п Г2 Г3	Г3 – количество гипсового камня, выходящего из дробилки; Г3п – механические потери Материальный баланс: Г2 = Г3 + Г3п Г3= Г2 – Г3п Примем Г3п =0,001Г2 Г3 =0,999 Г2, с учетом (1) Г3 =0,998 Г1 (2)
3. Дробление гипсового камня; процесс механический – измельчение за счет удара аппарат – молотковая дробилка.	Наибольшая крупность загружаемых кусков 125 мм.	Г4п Г3 Г4	Г3 – количество, выходящего из дробилки гипсового камня; Г4п – механические потери при транспортировке. Материальный баланс: Г3 = Г4 + Г4п Примем Г4п =0,001 Г3, Г4= Г3 – Г4п, с учетом (1.2) Г4=0,998 Г1(1-0,001) Г4=0,997 Г1 (3)
4. Сортировка гипсового камня по крупности; процесс механический – разделение смеси зёрен на фракции просеиванием сквозь сита; аппарат – вибрационный грохот.	Зерновой состав гипсового камня, поступающего на грохот: 0 ‑ 10 мм– 5%, 10 - 20 мм– 47,5%, 25-35 мм-47,5%	Г6п Г4 Г6 Г5	Г6 – выход деловой необходимой фракции Г5 – количество отсева (отходы) Г6п,– механические потери Материальный баланс: Г4= Г6 + Г6п + Г5. Г6 = Г4 – Г5 - Г6п Г6+ Г6п=0,95 Г4 Г5 =0,05 Г4 Г6п=0,002∙(0,95 Г4) Г6= Г4 – Г6п - Г5 Г6 = Г4- 0,002(0,95 Г4)-0,05 Г4 с учетом (1.3) Г6=0,997 Г1(1-0,002∙0,95-0,05) Г6=0,945Г1 (4)
5.Складирование деловой фракции; процесс механический – загрузка и выгрузка материала с частичным усреднением зернового состава; технологическое оборудование – сырьевой бункер.	Характеристика гипсового камня: размер гипсовой щебенки – 10-20 мм: плотность в куске 2600 кг/м3; насыпная плотность 1300 кг/м3; влажность – 5%.	Г7п Г6 Г7	Г6 – количество гипсового камня, поступающего в сырьевой бункер; Г7п – механические потери в питателе. Материальный баланс: Г6 = Г7 + Г7п или Г7 = Г6 – Г7п; примем Г7п =0,001Г6 тогда Г7 = Г6 -0,001Г6 с учетом (1.4) Г7 = 0,945 Г1 (1-0,001) Г7 =0,944 Г1, (5)
6. Обжиг гипсового камня; аппарат – сушильный барабан на газовом топливе; совокупность процессов	Крупность гипсового камня, загружаемого в печь: 10 – 20 мм, 25-35 мм
6.1. Тепловой процесс: нагрев гипсового камня до температуры обжига	Температура известняка на входе +10оС; начало разложения гипсового камня при t = 170оС; температура гипсового камня в зоне обжига [1] t = 170оС; температура отходящих дымовых газов [4] t = 100оС.	Q1 Г8п Г7 Г8 Q2	Г8п– потери в виде выноса пыли из печи; Г7 = Г8+ Г8п или Г8= Г7– Г8п. Примем, что Г8п= 0,03Г8, тогда Г8= Г7– 0,03Г8п, с учетом (5) 1,03 Г8= 0,944 Г1 или Г8=0,917Г1. (6) Q1 – количество теплоты на нагрев гипсового камня: Q1 = с1 . m1 . Dt1, где m1 – масса загружаемого в единицу времени гипсового камня; с1 – удельная теплоемкость гипсового камня; Dt1 – интервал температуры нагрева гипсового камня; Q2 – потери теплоты с отходящими дымовыми газами: Q2 = с2 . m2 . Dt2, где m2 – масса (или объем) отходящих дымовых газов; с2 – средняя удельная теплоемкость смеси газов по массе (или по объему); Dt2 – разность температур газов на выходе из печи и на входе в печь (газообразного топлива и воздуха).
6.2Массообменный процесс: испарение воды.	Исходная влажность – 5%; конечная – 0 %	Г9 Г8 Г10 Q3	Q3 - количество теплоты на испарение воды. Q3=с3m3Δt3+r m3 где m3 – масса испарившейся воды; с3 –удельная теплоёмкость воды; Δt3 – температурный интервал нагрева воды до начала испарения (от 10° до 100 °С); r – теплота парообразования; Г8– количество высушиваемого материала; Г9– количество испаренной воды; Г10– количество высушенного материала. Материальный баланс: Г8= Г9+ Г10 Г10= Г8– Г9; Так как Г9= 0,05Г10; то Г10= Г8– 0,05 Г10; 1,05Г10= 0,917 Г1 Г10= 0,873 Г1 (7)
6.3.Химический процесс: дегидратация гипсового камня, переход гипсового камня в гипс		Г11 Г10 Г12 Q4	Уравнение реакции: CaSO4·2H2O=CaSO4∙0.5H2O+ +1.5H2O Г12-количество получаемого полуводного гипса, Q4-затраты теплоты на химическую реакцию Q4=588 кДж/кг Г12=0,83Г10, Г11=0,17Г10 С учетом (7) Г12=0,83·0,873Г1=0,725Г1 (8)
6.4. Тепловой процесс: охлаждение гипса на выходе из сушильного барабана	Температура гипса на выходе из сушильного барабана 100оС; температура воздуха, подаваемого в печь 10оС.	Г14п г12 Г14 Q5	Г14 - количество выходящей из сушильного барабана гипса; Г14п - механические потери гипса при транспортировании в промежуточный бункер. Материальный баланс: Г12 = Г14 + Г14п; Г14 = Г12 – Г14п; Г14п =0,001 Г14; Г14 = Г12 - 0,001Г14п С учетом (1.8) 1,001 Г14= 0,725Г1 Г14 = 0,724 Г1 (9) Q5- теплота уносимая гипсом: Q5 =m5с5Δt5 где m5 -масса выгруженной из сушильного барабана гипса; с5-удельная теплоемкость гипса; Δt5-температурный перепад между выгружаемой гипсом и загружаемым гипсовым камнем. Общий тепловой баланс печи: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, где Q6 – потери теплоты в окружающую среду через ограждения печного пространства
7.Очистка отходящих из печи газов от пыли: процесс гидродинамический; технологическое оборудование – циклон, рукавный фильтр, дымосос.	Концентрация пыли выбрасываемой в атмосферу вместе с дымовыми газами не превышает 30 мг/м3, степень очистки отходящих газов – 99%	дымовые газы Г8п Г13	Г13 - количество пыли, осажденной в пылеосадительной системе. Г8п =0,03 Г8; с учетом (6) Г8п =0,03∙ 0, 917Г1=0,0275 Г1 Материальный баланс: Г8п =Г13/0,99 или Г13=Г8п ∙0,99=0,0275 Г1∙0,99 Г13=0,0272 Г1 (10).
8.1.Складирование гипса; процесс механический: загрузка и выгрузка материала с частичным усреднением зернового состава технологическое оборудование расходный бункер.	Характеристика гипса: размер частиц 0-20 мм; насыпная плотность 1300 кг/м3	Г13 Г14 Г15	Г15– количество остывающих частиц; Г13–количество пыли, осажденной в пылеосадительной системе. Материальный баланс: Г14+ Г13= Г15. Г15=0,724Г1+0,0272 Г1 Г15 =0,7512Г1 (11).
8.2 Тепловой процесс – самопроизвольное остывание.	Температура: на выходе 100 оС; температура при отправки на помол 30 оС.	Г16п Г15 Г16 Q7	Г16– количество материала поступающего на совместный помол; Г16п– механические потери при транспортировке. Материальный баланс: Г16= Г15+ Г16п; Г16п=0,001 Г15; Г16= Г15-0,001Г15п=Г15п (1-0,001); Г16=0,7512∙ И1(1-0,001); Г16=0, 75Г1, (12).
9. Помол: процесс – механический; аппарат – шаровая мельница. Совокупность процессов.
9.1.Измельчение, процесс механический.	В результате измельчения получаем вяжущее тонкостью помола – остаток на сите № 0.2 не более 3-4%	Г16 Г17	Г17 – количество гипса, поступившего на склад. Материальный баланс: Г16=Г17, (13)
9.2. Тепловой процесс – разогрев помоле.	Температура поступившего гипса около 10-200С, температура в мельнице 600С	Q8 Г19 Г18п Г17 Г18 Q9	Г18 – количество гипса, поступающего на склад; Г19 – потери в виде выноса пыли Г18п – механические потери Материальный баланс: Г17=Г18+Г19+Г18П Примем: Г19=0,03Г17; Г18п=0,001(Г17-Г19), тогда Г18=Г17-0,001(Г17-0,03Г17)-0,03Г17;
			Г18=Г17(1-0,001(1-0,03)-0,03)= =0,969Г17, с учетом (13) Г18=0,727 Г1 (14) Q8-энергетические затраты на помол, Q9- энергетические затраты нагрев материала
10. Очистка отсасываемого воздуха; процесс гидродинамический; технологическое оборудование – электрофильтры, рукавные фильтры, дымосос, циклон.	Концентрация выбрасываемой пыли в атмосферу газе не должна превышать 30 мг/м³, степень очистки воздуха– не менее 99%.	очищенный воздух Г19 Г20	Г20 – количество пыли, осаждаемой в пылеосадительных системах. Материальный баланс: Г20=0,99Г19=0,99∙0,03∙Г17 Г20=0,0297Г17, с учетом (12) Г20 = 0,022 Г1 (15)
11. Складирование гипса, процесс механический, склад готовой продукции. Совокупность процессов.	Характеристика гипса: остаток на сите № 0,2 – 3-4%, сроки схватывания – начало 6 мин; конец – 30 мин; водопотребность 30%, предел прочности при сжатии образцов – 5МПа
11.1.Складирование гипса, процесс механический.	Характеристика гипса: остаток на сите № 0,2 – 3-4%, сроки схватывания – начало 6 мин; конец – 30 мин; водопотребность 30%, предел прочности при сжатии образцов – 5МПа	Г20 Г18 Г21	Г18 – количество вяжущего поступившего на склад. Г19 – количество вяжущего вернувшегося после очистки. Материальный баланс: Г18+Г20 =Г21 Т.е с учетом (14; 15) Г21=0,022Г1+0,727Г1=0,749Г1,(16).
11.2Тепловой процесс – остывание вяжущего.	Температура остывшего вяжущего равна температуре окружающей среды, т.е. 100С	Г22п Г21 Г22 Q10	Г22 – количество вяжущего поступающего потребителю; Г22п – механические потери Материальный баланс: Г21=Г22 + Г22П Примем Г22п=0,001Г21 тогда Г22=Г21 –Г22п с учетом (16) Г22=0,749Г1(1-0,001)=0,748Г1, (18) Q10 – потери теплоты при охлаждении. Q10 = с10·m10·Δt10 где m10 – масса выгружаемого вяжущего; с10– удельная теплоемкость вяжущего; Δt10 –температурный перепад между выгружаемым из бункера и загружаемым вяжущем