Đổ Án Kỹ Thuật Sản Xuất Chất Dính GVHD Th S Huỳnh Thị Hạnh MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN 2 CHƯƠNG II BIỆN LUẬN ĐỊA ĐIỂM ĐẶT NHÀ MÁY 6 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU 8 CHƯƠNG IV CÂN BẰNG VẬT CHẤT 22 1 CHẾ.
Trang 1MỤC LỤC
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 2
CHƯƠNG II : BIỆN LUẬN ĐỊA ĐIỂM ĐẶT NHÀ MÁY 6
CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU 8
CHƯƠNG IV : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 22
1 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NHÀ MÁY : 22
2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT NHÀ MÁY : 24
CHƯƠNG V : DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 27
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I Tình hình sản xuất và tiêu thụ xi măng ở Việt Nam
Xi măng là loại vật liệu quan trọng không thể thiếu được trong các công trình xây dựng
Sự phát triển của ngành xi măng sẽ thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế quốc dân
Theo Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 vừa được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, dự báo nhu cầu xi măng trong nước năm 2015 là 56 triệu tấn, đến năm 2020 là 93 triệu tấn.Trên cơ sở dự báo này, Quy hoạch đặt mục tiêu đến năm 2015, tổng công suất thiết kế các nhà máy xi măng khoảng 80 - 90 triệu tấn/năm và đến năm 2020 khoảng 120 - 130 triệu tấn/năm
(1)
Trang 2-Nhưng với những điều kiện tự nhiên của nước ta như là khí hậu nhiêt đới ẩm gió mùa(có độ ẩm trung bình 80%-85%) và có đường bờ biển dài 3400km…là những nguyên nhân gây ảnh trực tiếp đến công trình như là ăn mòn,nứt cấu kiện…từ đó làm giảm tuổi thọ đáng kể của công trình gây thiệt hại nặng nề về của cải vật chất từ
đó làm cho nền kinh tế sẽ kém phát triển
Hình 2:Bản đồ nước ta.
-Trước đây các công trình ven biển và ngoài hải đảo…đều sử dụng cùng loại xi măng với các công trình thông thường cho nên sau thời gian 5-7 năm đưa vào sử dụng các công trình xuống cấp và hư hại trầm trọng do tác dụng của ăn mòn muối sunfat.Cho nên việc
sử dụng xi măng đúng chủng loại là rất quan trọng và cụ thể ở đây để chống ăn mòn sunfat do xâm thực của nước biển thì phải sử dụng xi măng bền sufat(PCsr ) nó sẽ cải thiện chất lượng và tuổi thọ của công trình.Cho nên việc đầu tư sản xuất xi măng bền sunfat ở Việt Nam nói chung và các tỉnh thành ven biển nói riêng là hợp lý
1.1 Nguyên nhân ăn mòn bê tông trong môi trường biển.
Môi trường biển là môi trường hoá học, vì vậy quá trình ăn mòn bê tông trong môitrường nước biển có thể được mô tả tóm tắt như sau:
Trang 3Trong xi măng có chứa khoáng 3CaO.Al2O3, khi thuỷ hoá tạo ra khoáng hyđroaluminat canxi dạng: 3CaO.Al2O3.6H2O (C3AH6) Khi nước biển thấm vào khối bê tông
sẽ xẩy ra phản ứng :
O H CaSO A
C O H SO
Ca AH
4
2 6
Các sản phẩm của phản ứng này bị hoà tan và bị rửa trôi trong nước biển
Bản thân các sản phẩm thuỷ hoá chính của xi măng là các hydro silicat canxi cũng
bị phản ứng hoá học tạo thành các sản phẩm dễ bị hoà tan, ví dụ:
3CaO.2SiO2.3H2O3MgSO4.nH2O 3CaSO4.H2O2SiO2.nH2O3MgOH2
1.2 Phân loại và phạm vi sử dụng.
Các phản ứng ăn mòn bê tông xảy ra do tác động hoá học của các sản phẩm thuỷhoá xi măng với các ion trong nước biển Hậu quả của chúng là phá vỡ cấu trúc đá ximăng, tạo thành các hợp chất dễ hoà tan làm cho khối bê tông bị ăn mòn Trong các phảnứng ăn mòn sunphat thì đáng sợ nhất là phản ứng tạo ra ettringit từ C3AH6 Vì vậy muốnhạn chế ăn mòn cần hạn chế tối đa hàm lượng C3AH6 trong đá xi măng C3AH6 được tạo
ra do kết quả thuỷ hoá của C3A có trong clanhke xi măng theo phản ứng:
O H O Al CaO O
H O Al CaO 2 3 6 2 3 2 3.6 2
Vì vậy trong xi măng phải hạn chế thành phần khoáng C3A của xi măng bềnsunphat (BSF) Trong xi măng lại chia ra thành xi măng BSF thường C3A 8% và ximăng BSF cao 5%
-Tùy theo nồng độ của các yếu tố ăn mòn sunphat,manhe…trong môi trường mà đá xi măng và bê tông tiếp xúc,người ta sẽ quyết định chọn xi măng loại vừa hay là cao
Thông thường nồng độ SO42- của môi trường ≤400mg/lit,hàm lượng Mg2+<100mg/lit thì nên chọn xi măng sunphat loại vừa.Còn nều nồng độ SO42- ,Mg2+ vượt quá giới hạn trên thì người ta chọn loại xi măng bền sunphat loại cao
Trang 4- Tuy nhiên phản ứng ăn mòn không chỉ xẩy ra đối với C3AH6 mà còn với cả Ca(OH)2 – một sản phẩm luôn luôn tồn tại trong đá xi măng Ca(OH)2 trong đá xi măng chủ yếu được tạo ra do phản ứng thuỷ hoá của C3S theo sơ đồ sau
3 CaO SiO H O CaO SiO H O Ca OH
hoặc: 3CaO.SiO2 nH2O CaO0,8 1,5.SiO2.H2O2,51MCaOH2
-Để chống ăn mòn do C3S, trong tiêu chuẩn xi măng BSF của nhiều nước Châu Âu đềuquy định C3S 50% Việc hạn chế C3S không những làm giảm cơ hội xẩy ra các phảnứng ăn mòn do rửa trôi mà còn ngăn chặn được cả khả năng tạo ettringit trong đá ximăng.Việc hạn chế C3A và C3S đã làm tăng đáng kể khả năng chống ăn mòn bê tôngtrong môi trường nước biển
- Xi măn Porland bền sunphat được sử dụng để thi công cho các đê đập ngập mặn,các công trình biển các công trình ngầm có sunphat,các đê đập thủy lợi có độ phèn chua,đê đập thủy lợi có mức nước dao động lên xuống thất thường…
(2)
1.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Các tiêu chuẩn sản xuất và thử nghiệm chất lượng của xi măng thành phẩm được ápdụng theo TCVN 6067:2004,ASTM C150-1996 (tiêu chuẩn của Mỹ),BS 4027-1996 (tiêuchuẩn của Anh)
sr30 PCsr40 PCsr501.Hàm lượng mất khi nung (MKN),%,không lớn
2.Hàm magiê oxit(MgO),%,không lớn hơn
53.Hàm lượng anhydrit sunfurit (SO3),%,không lớn
4.Hàm lượng tri canxi aluminat (C3A)%,không lớn
5.Tổng hàm lượng tetra canxi fero aluminat và hai
lần tri canxi aluminat(C4AF+2C3A),%,không lớn
hơn
25
Trang 56.Hàm lượng kiểu quy đổi Na2Oqđ,%,không lớn
7.Hàm lượng cặn không tan (CKT),%,không lớn
8.Hàm lượng Bari ôxít (BaO),%, không lớn hơn 1,5-2,5
9.Cường độ nén ,N/mm2(MPa),không nhỏ hơn
Phần còn lại trên sàng 0,08mm,%,không lớn hơn
Bề mặt riêng , phương pháp Blaine,cm2/g,không
1)Thành phần xi măng poóc lăng bền sun phát phải được tính theo công thức :
Tri canxi aluminat (C3A)=(2,650x%Al2O3)-(1.692x%Fe2O3)
Tetra canxifero aluminat (C4AF)=(3,043x%Fe2O3)
Khi hàm lượng các khoáng (C3A) và (C4AF+2 C3A) đạt yêu cầu theo chỉ tiêu 4 và 5 thì không cần thử độ nở sun phát theo chỉ tiêu 13
2)Hàm lượng kiểm quy đổi tính theo công thức :%Na2Oqđ =%Na2O+0.658%K2O
3)Chỉ áp dụng đối với xi măng poóc lăng bền sun phát chứa Bari
4)Khi độ nở sun phát đạt yêu cầu theo chỉ tiêu 13 thì không cần thử hàm lượng các
khoáng (C3A) và (C4AF+2C3A)
Vậy việc mở nhà máy sản xuất xi măng bền sunphat là hoàn toàn khả thi
Trang 6-Địa điểm đặt nhà máy là một vấn đề quan trọng đối với dự án ,vị trí nhà máy ảnh hưởng nhiều đền nguồn nguyên liệu cung cấp cũng như sản phẩm cung ứng từ đó trở thành một trong những nhân tố làm nên trị giá của sản phẩm Địa điểm càng có lợi thì giá của sản phẩm càng thấp sự cạnh tranh càng cao Do đó biện luận địa điểm đặt nhà máy là một vấn đề cần thiết trong bước đầu tiên của dự án này
-Do yếu tố tất yếu về nguồn nguyên liệu và đặc trưng của sản phẩm trong phạm vi sử dụng trong các công trình ngập mặn,nhiễm phèn bị ăn mòn sunphat …
-Chọn nhà máy sản xuất clinker và nghiền clinker thành xi măng ở Hà Tiên-tỉnh Kiên Giang
cả nước Theo điều tra của Viện nghiên cứu biển Việt Nam, vùng biển ở đây có trữ lượng
cá, tôm khoảng 500.000 tấn, trong đó vùng ven bờ có độ sâu 20-50 m có trữ lượng chiếm 56% và trữ lượng cá tôm ở tầng nổi chiếm 51,5%, khả năng khai thác cho phép bằng 44%trữ lượng, tức là hàng năm có thể khai thác trên 200.000 tấn; bên cạnh đó còn có mực, hảisâm, bào ngư, trai ngọc, sò huyết, với trữ lượng lớn, điều kiện khai thác thuận lợi Ngoài ra tỉnh đã và đang thực hiện dự án đánh bắt xa bờ tại vùng biển Đông Nam bộ có trữ lượng trên 611.000 tấn với sản lượng cho phép khai thác 243.660 tấn chiếm 40% trữ lượng
Trang 72.2 Điều kiện khí hậu:
- Kiên Giang có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm quanh năm Mưa, bão tập trung vào
từ tháng 8 đến tháng 10 với lượng mưa trung bình hàng năm là 2.146,8mm Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 27 – 27.5oC , tháng lạnh nhất là tháng 12; không có hiện tượng sương muối xảy ra Kiên Giang không chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão nhưng lượng nước mưa do bão chiếm một tỷ trọng đáng kể, nhất là vào cuối mùa mưa Điều kiện khí hậu thời tiết của Kiên Giang có những thuận lợi cơ bản mà các tỉnh khác ở vùng ĐBSCL không có được như: ít thiên tai, không rét, không có bão đổ bộ trực tiếp
(3)
2.3 Nguồn nguyên liệu.
Đá vôi: theo điều tra của Liên đoàn Địa chất Việt Nam, trữ lượng đá vôi trên địa
bàn tỉnh Kiên Giang khoảng hơn 440 triệu tấn Theo quy họach của tỉnh, trữ lượng đá vôicho khai thác sản xuất vật liệu xây dựng là 255 triệu tấn
Để sản xuất 1 tấn xi măng cần 0,75-0.8 tấn clinker, còn để sản xuất 1 tấn clinker cầntrung bình 1,3 tấn đá vôi
Với nhà máy xi măng công suất 1.8 triệu tấn/năm, hoạt động trong 50 năm thì cầnlượng đá vôi là:
1.8 0.8 1.3 50 92.6 triệu tấn < 255 triệu tấn
Trữ lượng đá vôi đủ cho nhà máy hoạt động trên 50 năm
Chất lượng các mỏ đá vôi: nhìn chung chất lượng đá vôi tương đối tốt cho sản xuất ximăng, hàm lượng CaO từ 52,18-54,47%, MgO từ 0,58-1,52% cặn không tan 1,66% v.v Cấu tạo các mỏ cũng không phức tạp dễ khai thác
Đất sét: cũng theo điều tra trên thì lượng đất sét để sản xuất xi măng ở Kiên Giang
phân bố trên diện rộng ở khu vực Kiên Lương - Ba Hòn - Hòn Chông, trữ lượng ước tínhhàng chục triệu m3 đảm bảo lâu dài cho sản xuất xi măng
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU
I Các hệ số và mođul đặc trưng của clinker
1) Khái niệm:
- Tính toán thành phần phối liệu trong sản xuất clinker xi măng làm cơ sở xác định tỷ lệhàm lượng các loại nguyên liệu để sản xuất ra clinker, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật củanhà máy Đồng thời có thể tính toán cân bằng vật chất cho nhà máy, tính toán lượngnguyên vật liệu cho các công đoạn sản xuất của nhà máy, từ khâu khai thác đến khâu sảnxuất
Trang 8- Chất lượng clinker xi măng Portland được đánh giá thông qua thành phần hóa học vàthành phần khoáng Trong tính toán phối liệu sản xuất clinker xi măng Portland, người ta
sử dụng các hệ số và mođun cơ bản (KH, m, n, p) được xác định trên cơ sở hàm lượng %các oxit chính trong clinker xi măng Portland để đánh giá chất lượng của clinker xi măngPortland về:
2) Modul thủy lực: Hm (Hydraulic modulus):
- Modul thủy lực đặc trưng cho tỷ lệ % giữa hàm lượng CaO (dạng kết hợp) với tổnghàm lượng các oxit axit (các yếu tố thủy lực)
- Xi măng Portland có chất lượng tốt khi modul thủy lực Hm ≈ 2
- Xi măng với Hm < 1.7 cho thấy hầu như xi măng không có cường độ cao
- Xi măng với Hm = 2.4 và lớn hơn thì xi măng có cường độ cao và kém ổn định thểtích, nhiệt thủy hóa lớn, tính bền nước thấp
3) Modul Silicat: n (silica Ratio – SR)
- Là tỷ số giữa hàm lượng SiO2 % với tổng hàm lượng các oxit (Al2O3 + Fe2O3)%
- Đối với xi măng Portland: n = 1.9 – 3.2
- Tỷ số silicat có giá trị thường nằm trong khoảng giữa 2.2 và 2.6
- Khi n tăng, hàm lượng khoáng silicat lớn, khoáng nóng chảy nhỏ, chất lượng xi măngPortland cao, nhưng khi nung luyện gặp khó khăn, khó tạo pha lỏng, năng suất lò giảm
- Khi n nhỏ quá, nung luyện dễ tạo pha lỏng, clinker kết tảng nhiều, xử lý lò khó khăn(tạo ano)
4) Modul alumin: p (alumina ratio – AR)
- Modul alumin đặc trưng tỉ số giữa hàm lượng Al2O3 (%) và Fe2O3 trong clinker xi măngPortland
- Modul alumin còn đặc trưng tỷ lệ hàm lượng giữa khoáng C3A và các khoáng chứa
Fe2O3
Trang 9- Đối với xi măng Portland p = 1.4 – 1.8
- Nếu p tăng, clinker xi măng Portland sẽ chứa nhiều khoáng aluminat, phối liệu nungluyện khó, xi măng Portland đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền sulfat
- Ngược lại, p giảm, pha lỏng tạo thành nhiều, xi măng có cường độ không cao, nhưngbền trong môi trường sulfat
- Nếu p = 0 ÷ 0,7 : xi măng rất bền trong môi trường xaâm thực
p = 0,7 ÷ 1,4: xi măng bền trong môi trường xaâm thực
p > 1,4 : xi măng không bền trong môi trường xaâm thực
5) Hệ số bảo hòa vôi: KH
- Là tỷ lệ giữa phần trọng lượng CaO thực tế còn lại để tạo thành C3S và C2S sau khi đãtác dụng bảo hòa hoàn toàn với các oxit Al2O3 và Fe2O3 để tạo thành C3A và C4AF vàphần khối lượng CaO lý thuyết cần thiết để bảo hòa hoàn toàn SiO2 tạo thành C3S
- Đối với xi măng Portland KH < 1, thường KH = 0.85 – 0.95
- Nếu KH lớn, hàm lượng alite trong clinker cao, cho xi măng Portland có cường độ cao,đóng rắn nhanh nhưng khó nung luyện vì nhiệt độ kết khối cao
- Nếu KH nhỏ, hàm lượng alite trong clinker thấp, chất lượng xi măng Portland thấpnhưng nhiệt độ kết khối thấp, clinker dễ nung luyện
II Tính toán cụ thể thành phần phối liệu
1 Các yêu cầu của clinker xi măng bền nước biển PC RS 40.
- Hệ số module alumine p = 1.11.4
- Thành phần khoáng %C3A < 3.5%
Thành phần hoá học của Đá vôi, Đất sé & Than trước khi nung.
Cấu tử SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 Chất
khác
MK N
Tỷ lệ
%
Đá vôi 4.04 0.56 0.4 49.36 2.15 0.17 2.04 41.28 100.00Đất sét 64.77 13.86 10.4 1.63 0.86 0.2 1.38 6.9 100.00
Trang 10Than 67.80 25.00 4.80 1.00 0.00 0.70 0.70 0.00 100.00
- Thông thường với thành phần hóa của hệ các cấu tử nguyên liệu, phải chuyển đổi về100%
- Hệ số chuyển đổi về 100% nguyên liệu sau khi nung
- Thành phần hoá của 2 cấu tử trên sau khi đã chuyển về 100% như sau:
Bảng 3 Thành phần hoá học của nguyên liệu sau khi nung.
Cấu tử SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
Chấtkhác
Tỷ lệ
%
Đá vôi 6.880 0.954 0.681 84.059 3.662 0.290 3.474 100.00Đất sét 69.570 14.887 11.171 1.751 0.924 0.215 1.482 100.00Than 67.800 25.000 4.800 1.000 0.000 0.700 0.700 100.00
Thành phần hàm lượng tro lẫn vào clinker được tính theo công thức:
Trong đó:
Trang 11 P : Lượng nhiên liệu tiêu tốn riêng (lượng than cần nung cho 100Kg clinker)
P = 21.8Kg/100Kg clinker
A : Hàm lượng tro có trong nhiên liệu
A = 16.5%
n : Lượng tro lẫn vào clinker so với tổng hàm lượng tro trong nhiên liệu
n= 100% (Ở đây xem như 100% tro trong nhiên liệu lẫn vào clinker)
Trong bài toán 2 cấu tử ta chọn KH = 0.89
Cứ 100 phần clinker (hay phối liệu đã nung) thì có:
+ X phần trăm cấu tử thứ nhất đã nung
+ Y phần trăm cấu tử thứ hai đã nung
+ q phần trăm tro nhiên liệu lẫn vào
- Ta thiết lập phương trình: X + Y + q = 100 (1)
- Ta có các biểu thức sau:
Trang 12Thay các giá trị C, S, A, F ở (2), (3), (4), (5) vào (6) và giải ra ta có phương trình bậc nhấthai ẩn số:
Trang 13Đổi phần trăm X, Y nguyên liệu đã nung về nguyên liệu chưa nung X0, Y0
Đổi X0, Y0 ra phần trăm
Thành phần của clinker:
Bảng 4 Thành phần của clinker xi măng.
Cấu tử SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 Chất
khác
Tỷ lệ
%
Đá vôi 5.201 0.721 0.515 63.546 2.768 0.219 2.627 75.597Đất sét 14.473 3.097 2.324 0.364 0.192 0.045 0.308 20.803Than 2.441 0.900 0.173 0.036 0.000 0.025 0.025 3.6Clinker 22.115 4.718 3.012 63.946 2.96 0.289 2.96 100
Kiểm tra các hệ số & module:
- Hệ số bão hoà vôi KH:
Trang 14Nhận xét:
- Hệ số KH = 0.89 thoả điều kiện đối với PCRS40 là KH = 0.87÷0.89
- Hệ số p = 1.6 không thoả điều kiện đối với PC RS40 là p = 1.1÷1.4
- Hệ số n = 2.9 thoả điều kiện n = 1.7÷3.5
- Ta thấy hệ số p cao hơn so với yêu cầu vì vậy để giảm hệ số p xuống ta cần tănglượng Fe2O3
- Bài toán tăng thêm vào cấu tử Laterite để cung cấp thêm lượng Fe2O3 cho phốiliệu
- Thành phần hoá học của nguyên liệu trước khi nung:
Bảng 1 Thành phần hoá học của nguyên liệu trước khi nung.
Cấu tử SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 Chất
khác
MK N
Tỷ lệ
%
Đá vôi 4.04 0.56 0.4 49.36 2.15 0.17 2.04 41.28 100.00Đất sét 64.77 13.86 10.4 1.63 0.86 0.20 1.38 6.90 100.00Laterite 25.08 19.55 41.41 0.12 0.08 0.00 3.39 10.37 100.00Than 67.80 25.00 4.80 1.00 0.00 0.70 0.70 0.00 100.00
- Hệ số chuyển đổi về 100%: