Đồ án Máy & thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng

Có nhiều phương thức khác nhau để phân loại vật liệu: - phương pháp phân loại cơ khí - phương pháp phân li không khí - phương pháp phân li thủy lực - phương pháp phân li điện từ Việc lựa

MỤC LỤC

trang

Phần II : Thiết lập dây chuyền công nghệ 5

Phần III : Tính toán cân bằng vật chất 10

Phần IV : Chọn lựa và kiểm tra các thông số máy 11

Phần V : Thể hiện sơ bộ cấu tạo máy 14

F□G

PHẦN I

BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI

Quá trình đô thị hoá đang bùng nổ khắp nơi trên thế giới là một trong những phương diện hứa hẹn nhất để phát triển nền kinh tế toàn cầu Không tách khỏi xu hướng chung này , quá trình đô thị hoá ở Việt Nam đang được đẩy mạnh và mở ra vô số cơ hội để phát triển nền kinh tế của cả nước, kéo theo sự phát triển của hàng loạt các ngành nghề khác

Đi cùng quá trình phát triển đó, nhu cầu xây dựng và sửa chữa hạ tầng cơ sở trong những năm gần đây tăng vọt Dẫn đến kết quả tất yếu là nhu cầu về vật liệu xây dựng, đặc biệt là nhu cầu về ximăng tăng đột biến

Trước thực trạng này, ngành vật liệu xây dựng nói chung và ngành ximăng nói riêng buộc phải cải tiến , đổi mới công nghệ ,các dây chuyền sản xuất và xây dựng thêm các nhà máy sản xuất ximăng nhằm nâng cao năng suất ,số lượng và chất lượng của ximăng , đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường

Muốn nâng cao năng suất và chất lượng của ximăng ,nhất thiết phải nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm sau từng giai đoạn trong qui trình sản xuất ximăng

Qui trình sản xuất ximăng gồm các giai đoạn:[4]

1/- Khai thác và cung cấp nguyên liệu 2/- Chuẩn bị phối liệu

4/- Nghiền Clinke với thạch cao và các loại phụ gia khác

Do vật liệu sau giai đoạn nghiền có kích thước hạt không đồng nhất và thường lẫn tạp chất Mà yêu cầu sản xuất đòi hòi sản phẩm phải có kích thước xác định hoặc thuộc các nhóm hạt có tỷ lệ phần trăm xác định và sản phẩm phải không lẫn tạp chất Muốn vậy tất yếu phải tiến hành phân loại vật liệu theo yêu cầu của qui trình kỹ thuật Vì thế viêc phân loại vật liệu hoặc sản phẩm có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp vật liệu xây dựng

Có nhiều phương thức khác nhau để phân loại vật liệu:

- phương pháp phân loại cơ khí

- phương pháp phân li không khí

- phương pháp phân li thủy lực

- phương pháp phân li điện từ Việc lựa chọn các thiết bị cho qui trình phân loại hạt dựa trên tiêu chí : thiết bị sản

xuất cho hiệu suất cao, tiêu tốn ít năng lượng, dễ bảo trì sữa chữa, số nhân công tham gia sản xuất ít, phù hợp với đầu tư ban đầu…

Thực tế sản xuất cho thấy dùng sàng cơ khí để phân loại những vật liệu khô ở dạng bột mịn có kích thước nhỏ hơn 80 µm không mang lại hiệu quả và khó thực hiện Do đó cho năng suất rất thấp Hiệu quả hơn cả là dùng phương pháp phân loại bằng khí.[3]

Hiện nay trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, các thiết bị phân loại bằng không khí được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống nghiền bột theo chu trình kín Sử dụng qui trình công nghệ này cho phép tăng năng suất, giảm chi phí năng lượng nhờ thu được sản phẩm nghiền một cách liên tục Đặc biệt, khi sử dụng khí nóng cho các thiết bị

phân loại thì vừa có tác dụng phân loại hạt , vừa có tác dụng sấy chúng.[1]

Quyển đồ án này trình bày qui trình phân loại hạt cho ximăng sau công đoạn nghiền Clinke với thiết bị chính là thiết bị phân li không khí loại đi qua được thiết kế kết hợp với máy nghiền đứng

e Chọn địa điểm đặt nhà máy : chọn khu công nghiệp Phú Mỹ I (thuộc tỉnh Bà Rịa

Vũng Tàu)

Giới thiệu về khu công nghiệp Phú Mỹ I:[5]

Khu công nghiệp Phú Mỹ I toạ lạc giữa vùng qui hoạch nhiều khu công nghiệp và cụm nhà máy của tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu và tỉnh Đồng Nai Do đó các nhà máy đặt trong địa bàn

này sẽ được hưởng một số chính sách ưu đãi và tận dụng được nhiều điều kiện sẵn có

như : giao thông, hệ thống cấp điện,cấp nước, hệ thống xử lý nước thải , hệ thống phòng cháy chữa cháy, gần nơi tiêu thụ, gần nguồn nhân công, và các loại cơ sở hạ tầng khác như bệnh viên, khu thương mại, khu cư xá…

Một số nét chính về Khu công nghiệp Phú Mỹ I :

1/- Chủ đầu tư: Công ty Xây dựng và Phát triển Đô thị Bà Rịa -Vũng Tàu

2/- Địa điểm : thị trấn Phú Mỹ huyện Tân Thành ,tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Nằm dọc quốc lộ 51,cách thành phố Hồ Chí Minh 75 km, cách thành phố Vũng Tàu 40km Đặc biệt, thị

trấn Phú Mỹ có cảng Bà Rịa Serece- là một đầu mối xuất nhập nguyên liệu lý tưởng cho các

nhà máy

3/- Tổng diện tích : 954,8 ha

4/- Chức năng khu công nghiệp :công nghiệp nặng như vật liệu xây dựng , điện, phân bón, hoá chất, thép, kho tàu, bến bãi

5/- Tổng vốn đầu tư : 879,44 tỷ VND

6/- Hệ thống cấp điện : Nhà máy Điện Phú Mỹ

7/- Hệ thống cấp nước : sử dụng nguồn nước ngầm Mỹ Xuân, nguồn nước mặt Tóc Tiên và Phú Mỹ với tổng công suất là 40000m³/ngày

8/- Hệ thống xử lý nước thải : tâp trung nước thải để xử lý hai lần theo tiêu chuẩn TCVN 5945-1995.Sau đó nước thải được làm sạch trong điều kiện tự nhiên bằng hồ điều tiết

9/- Có hệ thống phòng cháy chữa cháy cho toàn khu công nghiệp

10/- Hệ thống thoát lũ : chia làm 3 khu vực thoát nước :sông Thị Vải, suối Dao và hồ điều tiết

11/- Hệ thống xử lý rác : khu chứa rác tập trung rộng 7 ha, được phân loại và đem đến nhà máy xử lý phế thải

Năm 2002 tỷ lệ lắp đầy diện tích khu công nghiệp là 51,87%

Do những thuận lợi về giao thông và phù hợp với chức năng của khu công nghiệp

nên trạm nghiền được chọn đặt trong Khu công nghiệp Phú Mỹ I

−−−−

PHẦN II

THIẾT LẬP DÂY CHUYỀN

CÔNG NGHỆ

II.1-Giới thiệu khái quát thành phần nguyên liệu sản xuất ximăng :[4]

Xi măng Portland là chất kết dính vô cơ rắn trong nước, nó là sản phẩm nghiền mịn của clinke với phụ gia thạch cao Trong quá trình nghiền mịn, để điều chỉnh tính chất và hạ giá thành của sản phẩm, ta có thể cho thêm 10÷15% phụ gia hoạt tính (puzơlan, tro, trepen…)

và ≤ 10% phụ gia trơ (cát thạch anh, đá vôi…)

* Clinke :

- clinke ở dạng hạt được sản xuất bằng cách nung cho đến kết khối (1450°C) hỗn hợp chứa cacbonat canxi (đá vôi ) và alumosilicat (đất sét, đá macnơ, xỉ lò cao )

- clinke sau khi nung thường được giữ lại trong kho 7→15 ngày để hạ nhiệt độ và giảm thành phần vôi tự do trong clinke

có tác dụng điều chỉnh thời gian ninh kết của ximăng

* phu gia : có tác dụng

- giảm nhiệt hydrat hoá và giảm co ngót do nhiệt

- tăng độ bền sunfat

- giảm phản ứng hoá học của cốt liệu kiềm

- giảm giá thành sản phẩm…

II.2-Yêu cầu kỹ thuật của nguyên liệu :

* Hàm lượng nguyên liệu nghiền tạo Ximăng Portland :

- thạch cao : 2÷5%

- phụ gia hoạt tính : 10÷15%

- phụ gia trơ : ≤ 10%

* Độ ẩm của nguyên liệu cũng được khống chế để không ảnh hưởng đến năng suất nghiền :

- clinke : w ≤ 1÷2%

- thach cao : w ≤ 5÷10%

- phụ gia hoạt tính : w ≤ 3÷4%

- phụ gia trơ : w ≤10÷15%

II.3-Gia công nguyên liệu :[4]

II.3.1−Chuẩn bị nguyên liệu: có 3 phương pháp

e phương pháp khô: đá vôi và đất sét được nghiền và sấy đồng thời cho đến độ

ẩm 1÷2%, sau đó đưa vào silo để kiểm tra, hiệu chỉnh lại thành phần và để dự trữ đảm bảo cho lò nung làm việc liên tục

e phương pháp ướt : đất sét được máy khuấy tạo thành huyền phù sét Đá vôi được đập nhỏ rồi cho vào nghiền chung với đất sét ở trạng thái lỏng đến độ mịn yêu cầu (lượng sót trên sàng N°008 là 8÷10%).Sau đó hỗn hợp được bơm vào bể bùn để kiểm tra và hiệu chỉnh thành phần trước khi cho vào lò nung

e phương pháp hỗn hợp : ở giai đoạn đầu thực hiện như phương pháp ướt, sau

đó bùn được khử nứơc ở thiết bị đặc biệt trước khi vào lò nung

II.3.2− Nung clinke :

e Nung phối liệu chủ yếu được thực hiện trong lò quay Nếu nguên liệu chuẩn

bị theo phương pháp khô có thể nung cả trong lò đứng

e clinke đưa ra khỏi lò quay ở dạng hạt màu xẫm hoặc vàng xám, được làm nguội từ 1000°C xuống đến 100÷200°C trong các thiết bị làm nguội bằng không khí rồi được giữ trong kho 1÷2 tuần

II.3.3− Nghiền và phân loại clinke :

eViệc nghiền clinke thành bột mịn được thực hiện trong máy nghiền đứng hoạt động theo chu trình kín Các hạt vật liệu được nghiền mịn dưới tác dụng của lực ép, mài giữa các con lăn và bàn nghiền

eSau khi nghiền, vật liệu được khí nén đưa vào thiết bị phân loại Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, các hạt vật liệu lớn rơi xuống, theo ống tháo trở lại máy nghiền Còn các hạt vật liệu mịn được dòng khí vận chuyển ra khỏi thiết bị phân ly vào thiết

bị lắng (cyclon) thu hồi và đưa đi sử dụng

II.3.4− Các phương pháp lọc bụi :

e làm sạch khô bằng cơ khí : các hạt bụi tách ra khỏi hỗn hợp không khí và bụi nhờ lực li tâm và trọng lực Thiết bị được gọi là cyclon ly tâm

e làm sạch hỗn hợp nhờ vật liệu lọc : nhờ các chi tiết lọc như vải, lưới để giữ bụi và cho không khí đi qua

e làm sạch bằng điện : các hạt bụi rơi vào vùng điện áp cao, bị ion hoá rồi bị hút vào các cực trái dấu Hệ số lọc hữu ích đạt được rất cao

e làm sạch bằng lọc ướt

- Để hỗ trợ cho quá trình nghiền và phân loại hoạt động hiệu quả hơn, một số thiết bị phụ được bổ sung vào dây chuyền :

+ Các thiết bị dẫn dòng khí nóng và lạnh được bổ sung vào dây chuyền nhằm đảm bảo duy trì nhiệt độ thích hợp cho chu trình hoạt động Trong trường hợp vật liệu đưa vào máy có độ ẩm cao hơn độ ẩm cho phép thì dòng khí nóng được đưa vào, hay khi nhiệt độ trong máy cao thì dòng khí lạnh được dẫn vào thông qua các van điều tiết không khí

+ Để tách bụi và làm sạch không khí từ hỗn hợp khí được lấy ra từ các bộ phận phân loại, các thiết bị lọc bụi được bổ sung vào dây chuyền

Hình 1 - DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CỦA CHU TRÌNH NGHIỀN

KẾT HỢP VỚI PHÂN LOẠI VẬT LIỆU

−−−−

1 - máy nghiền

2 - máy phân li không khí

3 - thiết bị lọc bụi

4 - quạt

5 - thiết bị phân ly kiểu từ (magnetic separator)

Không khí

nóng

thạch cao,clinke, phụ gia,…

thiết bị vận chuyển

sản phẩm

Không khí lạnh

PHẦN III

CÂN BẰNG VẬT CHẤT

* Giả thiết :

-một tuần làm việc 7 ngày

- một ngày có hai ca làm việc

- mỗi ca làm việc 6h

→ một ngày làm việc 12h

* Xét trong 1 năm (365 ngày):

- thời gian nghỉ trong các ngày lễ theo qui định của pháp luật: 8 ngày

- thời gian dừng các thiết bị cho sữa chữa, bảo trì : 30 ngày

- thời gian dừng máy do sự cố (cúp điện, cháy nổ,…): 20 ngày

- thời gian dự trữ : 5% tổng số ngày thuộc 3 mục vừa nêu trên

→ thời gian thực sự sản xuất : 365− 1,05×(8 + 30 + 20) = 304 ngày

* Yêu cầu sản xuất : 500×10³ tấn sản phẩm / năm

Xét hao hụt trong quá trình sản xuất là 1%

→Tổng sản phẩm sản xuất trong 1 năm là : 505.000 tấn sản phẩm

Bảng 1 − Bảng thống kê số lượng sản phẩm phải sản xuất

trong các đơn vị thời gian

Số lượng

* Dự trù tăng năng suất 50%

→ Máy hoạt động với năng suất cao nhất là : 1,5×139 = 208,5 tấn sản phẩm/h

−−−−

PHẦN IV

CHỌN MÁY & KIỂM TRA

CÁC THÔNG SỐ

Chọn máy chính cho quy trình phân loại :

Như đã trình bày ở phần lập luận chung, thiết bị chính được chọn là máy phân li không khí loại đi qua được thiết kế kết hợp với máy nghiền đứng

So với máy nghiền loại nằm thì máy nghiền đứng có nhiều ưu điểm hơn hẳn :

- năng lượng tiêu tốn ít hơn từ 30÷50% so với máy nghiền loại nằm

- chiếm ít diện tích hơn nên giảm giá thành xây dựng công trình

- qui trình hoạt động đơn giản với số lượng thiết bị ít hơn so với máy nghiền loại nằm nhưng lại cho năng suất cao hơn…

Tuy nhiên, máy nghiền đứng vẫn có nhược điểm là chất lượng các hạt ximăng không

có độ đồng nhất cao Nguyên nhân là do bộ phận phân loại hạt trong máy nghiền đứng hoạt động chưa hiệu quả Do đó để khắc phục nhược điểm này, ta cần thay thế bộ phận phân loại hạt trong máy nghiền đứng bằng thiết bị phân li khác hoạt động hiệu quả hơn

Sau khi tham khảo một số loại máy phân li không khí của công ty FLDSIMTH, máy

SEPAX được chọn là thiết bị chính của quy trình phân loại hạt cho ximăng sau công đoạn

nghiền clinke (có thay đổi một vài chi tiết của thiết bị để phù hợp với cấu tạo của máy nghiền đứng)

Dựa vào các bảng tra ta chọn được loại máy thích hợp.(Bảng tra do công ty FLDSIMTH cung cấp, dành cho máy phân li - SEPAX Separator và máy nghiền đứng -OK vertical roller mill)

Dựa vào bảng 2 ta chọn được máy nghiền phù hợp

Năng suất yêu cầu là 208,5 t/h

→ chọn máy nghiền size 39-4, máy có các đặc trưng:

- năng suất : 160÷260 t/h

- lưu lượng không khí : 91 m³/s

Bảng 2 − bảng tra các kích thước và đặc trưng của máy nghiền đứng- OK vertical roller mill [2]

The capacity range depends on fineness, grindability and additives (types and portion of mill feed)

OK mill size 19-3 22-3 25-3 27-4 30-4 33-4 36-4 39-4 Mill motor, installed kW 675 975 1350 1800 2350 3000 3750 4600 Airflow, approx., mill outlet Nm³/s 13 19 26 36 47 60 75 91

Separator motor, min installed kW 32 52 69 110 136 165 197 234 Cement, capacity range t/h 20-40 30-55 45-75 60-100 80-135 105-170

130-215

160-260 Slag, capacity range t/h 15-25 25-40 35-50 45-70 60-90 75-115 95-140 110-170

H2 Đồ thị đường đặc tính phân loại

của máy SEPAX [2]

Bảng 3 − bảng tra các kích thước và đặc trưng của máy phân li – Sepax separator [2]

Size Airflow (m³/s) A 1 (mm) B (mm) D (mm)

Lưu lượng không khí yêu cầu là 91m³/s

→chọn máy phân ly size 530, máy có các đặc trưng :

- A1 = 9365 mm

- B = 17148 mm

- D = 5300 mm

- lưu lượng khí : 94.5m³/s

Để phù hợp với cấu tạo của máy nghiền đứng ta bỏ phần thiết bị ứng với kích thước B nhưng vẫn bảo đảm hoạt động của thiết bị phân li

−−−−

Hình 3- hình minh hoạ cho các kích thước

của máy phân ly Sepax

PHẦN V

THỂ HIỆN SƠ BỘ CẤU TẠO MÁY

IV.1− Sơ bộ cấu tạo máy

H6−HÌNH TRÍCH MẶT CẮT NGANG CỦA ROTOR

2

1

IV.2− Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động :[1]

- Hỗn hợp không khí và vật liệu từ máy nghiền được khí nén thổi vào khoảng không

gian giữa nón ngoài (1) và nón trong (2) Do tiết diện mở rộng nên tốc độ của dòng khí giảm xuông Những hạt có kích thước lớn do giảm động năng, dưới tác dụng của trọng lực rơi xuống đáy nón ngoài trở lại máy nghiền (phân li lần thứ nhất)

- Hỗn hợp không khí và vật liệu có kích thước nhỏ hơn tiếp tục đi vào nón trong (2) theo phương tiếp tuyến với thành nón nhờ những cánh định hướng (3) Do chuyển động xoáy nên xuất hiện lực li tâm quán tính trong hỗn hợp khí và vật liệu Dưới tác dụng của lực li tâm quán tính, những hạt có kích thước tương đối lớn lại rơi xuống theo thành nón (2) trở lại máy nghiền (phân li lần thứ 2)

- Hỗn hợp không khí và vật liệu mịn còn lại tiếp tục đi lên ra khỏi thiết bị phân li đi vào thiết bị lắng (cyclon) thu hồi đưa đi sử dụng

- Có thể điều chỉnh quá trình làm việc của thiết bị phân li hay nói một cách khác, điều chỉnh độ mịn của sản phẩm theo hai cách sau :[3]

+ Thay đổi tốc độ dòng khí : giảm tốc độ dòng khí đến một giới hạn nào đó sẽ tăng độ mịn của sản phẩm, nhưng năng suất giảm và ngược lại

+ Thay đổi góc nghiêng của cánh định hướng : nếu bản định hướng hướng vào tâm, làm giảm dòng xoáy, kéo theo lực li tâm quán tính giảm, do đó độ mịn của sản phẩm cũng giảm

−−−−

PHẦN VI KẾT LUẬN

Để không ngừng nâng cao năng suất của quá trình sản xuất , nâng cao chất lượng của vật liệu xây dựng nói chung và xi măng nói riêng, chúng ta cần tìm ra những đột phá mới và tập trung sức lực, trí tuệ cho việc nghiên cứu, sáng tạo Mặt khác ta cũng phải mạnh dạng đầu

tư cho các thiết bị và dây chuyền công nghệ sản xuất tiên tiến vì “Phát triển kinh tế chính là việc bắt kịp công nghệ”

Việc nghiên cứu thiết kế và đưa vào sử dụng thiết bị nghiền kết hợp với phân loại vật

liệu bằng khí - loại máy nghiền đứng OK Vertical roller mill của tập đoàn FLDSIMTH-

thực sự là một đột phá trong công nghệ sản xuất ximăng So với các loại thiết bị nghiền khác, loại thiết bị này thực sự đã có nhiều ưu việt Tuy vậy, vẫn còn một số vấn đề cần nghiên cứu (Vì thiết bị này vẫn còn nhược điểm là tốn nhiều khí nén)

Mong rằng ngành Vật liệu Xây dựng nói chung và ngành Ximăng nói riêng sẽ ngày

càng phát triển, góp phần thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế chung của cả nước, để nước Việt Nam có thể đuổi kịp và trở thành một trong những cực phát triển của khu vực

−−−−