Thiết kế sản xuất xi măng theo phương pháp khô lò quay với xích calcinator (thuyết minh+bản vẽ)

Thiết kế sản xuất xi măng theo phương pháp khô lò quay với xích calcinator Tổng quan sản xuất xi măng Lựa chọn phương pháp sản xuất Dây chuyền công nghệ sản xuất Tính toán phối liệu Tính toán cân bằng vật chất Bản vẽ thiết kế

LỜI NÓI ĐẦU

Từ xa xưa người ta đã biết sử dụng các loại đất đá cĩ khả năng kết dính như: đất sét, đất bùn, đá vơi, thạch cao,… như một loại chất kết dính để liên kết các thành phần gach đá lai với nhau thành khối để xây dựng nhà cửa

Khi con người phát hiện ra xi măng năm 1750 nhưng loại xi măng này chưa hồn chỉnh Sau nhiều năm phát triển và hình thành, cơng nghệ sản xuất xi măng đã

khơng ngừng phát triển, với nhiều phát minh các loại xi măng khác nhau cĩ tính chất khác nhau Mặc khác, chất lượng của xi măng cũng như độ bền vững của đá xi măng sau khi rắn chắc khơng ngừng được cải thiện và cho đến hiện tại xi măng vẫn cịn là một loại chất kết dính chưa thể thay thế hồn tồn vì chất lượng tương đối tốt,

dể thi cơng, mà đặt biệt là giá thành rẻ hơn các loại chất kết dính mới phát minh sau này

Xi măng hiện là chất kết dính rất quang trọng trong xây dựng Cơng nghệ sản xuất xi măng đã cĩ nhiều tiến bộ trên thế giới với bằng chứng là cĩ rất nhiều chủng loại hiện được sản xuất như: PC, PCB, PCS, PCHS, OPC…Các chủng loại trên cĩ các tính chất khác nhau cho các mục đích xây dựng khác nhau

thêm phụ gia họat tính, phụ gia trơ)

Với tốc độ đơ thị hĩa như hiện nay của Thành Phố Hồ Chí Minh mà đặc biệt các quận vùng ven thành phố như Q9,Q2,Q12,… các tỉnh lân cận như Bình Dương,Bà Rịa Vũng Tàu và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long cùng với chủ trương cơng nghiệp hĩa đất nước của nhà nước và Đảng ta thì chúng ta cần phải hồn chỉnh hạ tầng cơ sở như: đường sá, điện nước, cầu cống…vì vậy nhu cầu sử dụng xi măng trong xây dựng ngày càng cao cho nên rất cần thiết phải cĩ nhiều nhà máy sản xuất

xi măng để đáp ứng nhu cầu đĩ.Với nhiều chủng loại xi măng như thế nhưng thơng dụng nhất và cĩ khả năng vượt trội hơn hẵn phải kể đến xi măng PCB (cịn gọi là xi măng Portland hỗn hợp) Bởi vì xi măng PCB cĩ một lượng khá cao phụ gia hoạt tính thủy lực điều này làm cho vữa xi măng PCB dẻo hơn, và sau khi đĩng rắn cĩ tính chịu nước cao hơn PC

Qua những nhu cầu như thế cùng với tính năng nổi bật của xi măng PCB nên việc xây dựng một nhà máy xi măng là việc rất cần thiết hiện nay nhằm đáp ứng các nhu cầu đã nêu trên

Phần 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

A Nhu cầu sử dụng xi măng:

Nước ta hiện đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ trong mọi lĩnh vực kinh tế

xã hội, trong lĩnh vực xây dựng được coi là phát triển nhanh nhất Theo các số liệu

thống kê qua các năm cho thấy lượng xi măng tiêu thụ hằng năm luơn tăng cụ thể là

từ năm 1991 – 1997 thì tốc độ phát triển 15-18% Năm 1999 tăng 16,2%; năm 2000

tăng 16,5% Mới đây nhất từ đầu năm 2005 đến nay theo Trưởng phịng Thị trường

Tổng cơng ty xi măng Việt Nam (VNCC) Nguyễn Anh Quân cho biết, từ đầu năm

đến nay, VNCC tiêu thụ khoảng 4 triệu tấn xi măng, đạt 35% mức kế hoạch năm,

tăng 7% so cùng kỳ năm ngối, trung bình tiêu thụ từ 36 đến 37 nghìn tấn/ngày và

cĩ dự đốn sẽ tiếp tục tăng trong những năm sau

Phân tích thị trường xi măng ta cĩ các số liệu thống kê như sau:Năm 1999 tốc độ

tăng nhu cầu tiêu thụ xi măng tăng khoảng 7-8% Năm 2000 mức tiêu thụ xi măng

tồn xã hội vào khoảng 13,5 triệu tấn tăng 26,5% so với năm 1999 Các số liệu sản

xuất và tiêu thụ xi măng 1900-2004 (theo tạp chí xây dựng-số 1/2005) như sau:

(đơn vị tính:

triệu tấn)

Năm 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Sản lượng 2,56 2,99 3,86 4,22 4,62 5,24 6,1 7,6 9,53 11,1 12,7 14,64 16,8 18,4 20 Tiêu thụ 2,75 3,004 3,88 4,85 6,162 7,2 8,2 9,3 10,1 11,1 13,62 16,478 20,5 24,38 26,5 Nhập khẩu 0,15 0,14 0,02 0,53 1,542 2,63 1,68 1,46 0,5 0,3 0,2 1,328 3,75 5,98 6,5

Theo số liệu thống kê như trên ta thấy rằng sản lượng, tiêu thụ tăng hằng năm,

nhưng lúc nào cầu cũng vượt cung nên chúng ta năm nào cũng phải nhập khẩu xi

măng với một lượng khá lớn tăng đều từ năm 2001 đến nay

B Địa điểm xây dựng nhà máy:

Địa điểm đặt nhà máy cần cĩ các tiêu chuẩn sau:

+Gần nguồn nguyên liệu

+Gần nguồn tiêu thu

+Xa khu dân cư nhằm đảm bảo vệ sinh mơi trường

+Giao thơng thuận lợi

+Đảm bảo cơ sở hạ tầng kỹ thuật vững chắc như điện, nước, an ninh…

Tuy nhiên để đáp ứng tối ưu các tiêu chuẩn này thì rất khĩ vì thế ta lựa chọn vài

tiêu chuẩn cần thiết nhất

Dựa vào những điều kiện trên và dựa vào đặc điểm loại xi măng PCB nhà máy sẽ

sản xuất, phục vụ trong xây dựng dân dụng nên chúng ta sẽ xây dựng nhà máy tại

Bình Dương vì ở đĩ cĩ nhiều thuận lợi như:

+Là một tỉnh cĩ tốc độ đơ thị hố rất cao và nằm kế cận Tp.Hcm và Biên Hồ

là hai thành phố lớn cũng cĩ tốc độ đơ thị hố cao nhất ở phía nam nên sản phẩm xi

măng sản xuất được rất gần nguồn tiêu thụ

+Là một tỉnh có cơ chế thu hút đầu tư trong và ngoài nước rất hấp dẫn dành cho các nhà đầu tư và doanh nghiệp

+Giao thông và các công trình phụ trợ như điện nước, thông tin liên lạc được tỉnh đầu tư rất hoàn chỉnh thuận lợi cho các doanh nghiệp trong hoạt động sản xuất kinh doanh

+Tỉnh Bình Dương thu hút một lượng lớn lao động có tay nghề cũng như phổ thông trong cả nước đến lập nghiêp Đây cũng là nguồn lao động dồi dào cho các nhà máy trong tỉnh

Vị trí địa lý:

Bình Dương là tỉnh Đông Nam Bộ, nằm trong khu vực kinh tế trọng điểm phía nam, diện tích tự nhiên khoảng 2681 km2 (chiếm 0,83% diện tích cả nước), dân

số khoảng 853800 người, có đặc điểm địa lý như sau:

Có tọa độ địa lý: vĩ độ Bắc 11052’ – 12018’ kinh độ Đông 106045’ – 107067’30”

Phía Bắc giáp tỉnh Bình Phước

Phía Nam giáp Tp.HCM

Phía Đông giáp tỉnh Đồng Nai

Phía Tây giáp tỉnh Tây Ninh và Tp.HCM

Đia hình:

Bình Dương có địa hình tương đối bằng phẳng, địa chất ổn định, vững chắc Với độ cao địa hình trung bình từ 6 – 60m nên ít bị lũ lụt ngập úng hay triều cường, thuận lợi cho việc mở mang hệ thống giao thông, cở sở hạ tầng, khu công nghiệp và sản xuất công nghiệp

Khí hậu thủy văn:

Khí hậu Bình Dương mang rõ đặc điểm nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm với hai mùa mưa từ tháng 5 -11 và mùa nắng từ tháng 12 - 4 Lượng mưa trong năm trung bình từ 1800-2000 mm Nhiệt độ trung bình trong năm vào khoảng 26,5-270C Khí hậu Bình Dương tương đối hiền hoà ít có thiên tai như bão lụt…

Điều kiện cơ sở hạ tầng kỹ thuật:

Tỉnh Bình Dương có các trục lộ giao thông quang trọng như: quốc lộ 1, quốc

lộ 13, đường sắt Bắc Nam, tuyến đường Xuyên Á

Phần 2: TÍNH TOÁN HỖN HỢP PHỐI

LIỆU

Xi măng PCB là loại xi măng Portland hỗn hợp vẫn cĩ các thành phần chính như các xi măng khác là clinke và thạch cao như cĩ thêm thành phần phụ gia hoạt tính thuỷ lực với hàm lượng khoảng 10-15% Đặc tính quang trọng hơn của PCB so với

PC là chống thấm tốt hơn, chịu ăn mịn bền hơn do cĩ phụ gia kết hợp với hàm lượng vơi tự do (là thành phần gây hại cho xi măng sau này khi rắn chắc) cĩ trong clinke và vơi tự do sinh ra trong quá trình hydrat hố để tạo ra một hợp chất cĩ tính kết dính (cĩ lợi) Xi măng PCB cĩ tính chịu nước nên phù hợp với khí hậu nĩng ẩm của Việt Nam, tốc độ bền chắc trong thời gian sữ dụng được tăng lên và cĩ độ dẻo

dễ thi cơng hơn so với xi măng PC

B.Tính tốn hỗn hợp phối liệu:

I/Các cơ sở tính tốn:

Hệ số bão hịa vơi KH:

Là tỷ số giữa hàm lượng CaO thực tế cịn lại để tạo thành C3S và C2S sau khi đã tác dụng bão hịa hồn tồn với Al2O và Fe2O3 để tạo thành C3A và C4AF và thành phần trọng lượng của CaO lý thuyết để bão hịa hồn tồn SiO2 để tạo thành C3S Như vậy ta thấy:

KH tăng → xi măng cĩ R tăng, quá trình đĩng rắn tăng → quá trình nung luyện khĩ

KH giảm → xi măng cĩ R giảm, quá trình đĩng rắn giảm → quá trình nung luyện dể

Hệ số bão hồ vơi KH =1 là lý tưởng nhất nhưng trên thực tế KH = 0,82 ÷ 0,95 điều này cho thấy luơn tồn tại vơi tự do

2

3 2 3

2

8 , 2

35 , 0 0 65 , 1

SiO

O Fe Al

CaO

Các hệ số từ cơng thức trên tính theo tỷ lệ % khối lượng

Modul silicat n:

A C AF C

S C S C O

Fe O

Al

SiO n

3 4

2 3

3 2 3

2

2

%

%

%

%

%

%

%

+

+

≈ +

=

Ta thấy rằng:

n tăng → xi măng cĩ R tăng, chịu ăn mịn tăng, lượng SiO2 tăng → quá trình nung luyện khĩ do lượng pha lỏng ít

n giảm → xi măng cĩ R giảm, chịu ăn mịn giảm, lượng SiO2 giảm → quá trình nung luyện dễ do lượng pha lỏng nhiều

Modul Aluminat p:

AF C

A C O Fe

O Al p

4

3 3 2

3

2 ≈

=

Ta thấy p cĩ giá trị xác định lượng pha lỏng trong clinker:

p = 0 ÷ 0,7 : xi măng rất bền trong mơi trường xâm thực

p = 0,7 ÷ 1,4: xi măng bền trong mơi trường xâm thực

p >1,4 : xi măng khơng bền trong mơi trường xâm thực

p tăng → xi măng cĩ C3A tăng, xi măng rắn chắc nhanh → tỏa nhiều nhiệt

p giảm → xi măng cĩ C4AF tăng, khống nĩng chảy nhiều → ảnh hưởng cấu trúc lị trong quá trình nung clinker

Đảm bảo chất lượng xi măng hợp với yêu cầu kỹ thuật ta cần tính thêm:

Tít phối liệu T:

T = 1,785CaO + 2,09MgO Tít phối liệu T nhằm kiểm tra hàm lượng vơi

Hàm lượng pha lỏng L:

L = 1,12C3A + 1,35C4AF Hàm lượng pha lỏng cĩ ý nghĩa nhằm kiểm tra hàm lượng pha lỏng cần thiết cho quá trình kết khối trong khi nung clinker

II/Tính tốn cụ thể thành phần phối liệu:

Các chỉ tiêu tính tốn:

Dựa vào đặc điểm của xi măng PCB50 ta cĩ những chỉ tiêu tính tốn khi thực hiện phối liệu phải tuân theo những quy định đã nêu ở trên

Ta dùng nhiên liệu là dầu Mazut cho quá trình nung luyện clinker nhằm đảm bảo

vệ sinh mơi trường nên trong tính tốn khơng cĩ lẫn tro than, và các đặc tính của dầu Mazut được xác định thơng qua các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

Nhiệt lượng toả ra: Q > 8000 Kcal/kg dầu

Hàm ẩm: 1 ÷ 15 %

Tạp chất: 0,1 ÷ 0,3 %

Các quy ước trong quá trình tính tốn:

Đất sét (cấu tử 2) S2 A2 C2 F2

Quá trình tính toán:

Tính toán cho hệ hai cấu tử:

Các nguyên liệu được khai thác và qua các khâu phân tích cho ta các thành phần khoáng như sau:

Các hệ số chuyển đổi về 100% khối lượng:

Kđá vôi = 1,016

Kđất sét = 1,0692

Sau khi chuyển đổi về 100% khối lượng ta có bảng sau:

Bài toán tính 2 cấu tử không lẫn tro nên ta chọn một hệ số trước là KH = 0,903 Theo lý thuyết tính toán cứ 1 phần trọng lượng cấu tử thứ hai cần kết hợp với X0

phần trọng lượng cấu tử thứ nhất nên ta có phương trình sau:

) 35 , 0 65 , 1 8

, 2 (

) 35 , 0 65 , 1 8

, 2 (

1 1

1 1

2 2 2

2 0

F A

KH S C

C F A

KH S X

+ +

×

−

− +

+

×

=

Thay số vào ta có:

78 , 3 ) 183 , 0 35 , 0 305 , 0 65 , 1 903 , 0 345 , 0 8 , 2 ( 268

,

55

0 ) 131 , 7 35 , 0 572 , 16 65 , 1 903 , 0 705 , 68 8

,

2

(

× +

× +

×

×

−

−

× +

× +

×

×

=

X

Vậy cứ mỗi phần trọng lượng cấu tử hai sẽ kết hợp với 3,78 phần trọng lượng của cấu tử 1

Thành phần phần trăm các cấu tử là:

1 78 , 3

78 , 3 (%) 100 1

0

+

=

× +

X X

%cấu tử 2 = %cấu tử đá vôi = 1 1 100(%) 3,781 1 100 20,9%

0

=

× +

=

× +

X

Ta dùng % cấu tử đá vôi và đất sét nhân tương ứng với từng thành phần khoáng của đá vôi và đất sét ta có bảng sau:

Bảng tính thành phần phối liệu của 2 cấu tử:

Hệ số tính cho clinker là:

9005 , 35 100

100 100

−

=

−MKN

Ta có thành phần clinker như sau: lấy K0 nhân với phối liệu ta được:

Kiểm tra lại các hệ số ta có:

KH =

9039 , 0 8274

, 22 8 , 2

) 5506 , 2 35 , 0 7799 , 5 65 , 1 ( 2029 , 68 8

, 2

) 35 , 0 65 ,

1

(

=

×

× +

×

−

= +

−

S

F A

C

ΔKH = |0,903 – 0,9039| = 0,0009 < 0,005

266 , 2 5506 , 2

7799 , 5

=

=

=

F

A

p

74 , 2 5506 , 2 7799 , 5

8274 ,

+

= +

=

F A

S n

Ta nhận thấy n và p điều không thoả nên ta cần phải thêm cấu tử thứ 3

Tính toán cho hệ 3 cấu tử:

Ta thêm một cấu tử thứ 3 là laterit với các thành phần khoáng được phân tích có các hàm lượng như sau:

Các hệ số chuyển đổi về 100% khối lượng:

Kđá vôi = 1,016

Kđất sét = 1,0692

Klaterite = 1,0085

Sau khi chuyển đổi về 100% khối lượng ta được bảng sau:

Bài toán tính phối liệu gồm 3 cấu tử không lẫn tro nên ta chọn 2 thông số trước là:

KH = 0,9 và p = 1,4

Theo lý thuyết tính toán cứ 1 phần trọng lượng cấu tử thứ 3 cần phối hợp với X0

phần trọng lượng cấu tử thứ 1 và Y0 phần trọng lượng cấu tử thứ 2, sau khi rút gọn các biểu thức ta có hệ phương trình sau:

X0.a1+Y0b1= c1

X0.a2+Y0b2= c2

Trong đó:

a1 = (2,8S1KH + 1,65A1 + 0,35F1) – C1

= (2,8 × 0,345 × 0,9 + 1,65 × 0,305 + 0,35 × 0,183) – 55,268 = - 53,83

b1 = (2,8S2KH + 1,65A2 + 0,35F2) – C2

= (2,8 × 68,705 × 0,9 + 1,65 × 16,572 + 0,35 × 7,131) – 0

= 202,977

c1 = C3 – (2,8S3KH + 1,65A3 + 0,35F3)

= 2,017 – (2,8 × 15833 × 0,9 + 1,65 × 3,832 + 0,35 × 69,282)

= –68,454

a2 = pF1 – A1 = 1,4 × 0,183 –0,305 = – 0,0488

b2 = pF2 – A2 = 1,59 × 7,131 –16,572 = – 6,5886

c2 = A3 – pF3 = 3,832 – (1,59 × 69,282) = – 93,163

Thay các hệ số trên vào hệ phương trình ta giải hệ tìm được các nghiêm như sau:

X0 = 53,1064

Y0 = 13,7464 Vậy ta thấy rằng cứ mỗi phần trọng lượng cấu tử thứ 3 sẽ kết hợp với 77,103 phần trọng lượng cấu tử thứ 1 và 20,111 phần trọng lượng cấu tử thứ 2

Thành phần phần trăm các cấu tử:

8531 , 67

100 1064 , 53 1

100

0 0

+ +

×

Y X X

8531 , 67

100 7464 , 13 1

100

0 0

+ +

×

Y X Y

%cấu tử 3 = 100 1 67100,8531 1,474%

0 0

=

= + +Y X

Tương tự như cách làm đối với 2 cấu tử như trên ta dùng % cấu tử đá vôi (cấu tử 1), đất sét (cấu tử 2) và quặng sắt (cấu tử 3) nhân tương ứng với từng thành phần khoáng của đá vôi, đất sét và laterit ta có được bảng sau:

Bảng tính thành phần phối liệu của 3 cấu tử:

Hệ số tính cho clinker là:

699 , 35 100

100 100

100

=

−

=

−MKN

Ta có thành phần clinker như sau: ta lấy K0 nhân với phối liệu ta được:

Đá vôi 0,271 0,239 0,144 42,388 0,407 34,056 78,505

Kiểm tra lại các hệ số ta có:

551 , 22 8 , 2

) 591 , 3 35 , 0 71 , 5 65 , 1 ( 508 , 67 8

, 2

) 35 , 0 65 , 1

×

× +

×

−

=

−

−

S

F A

C

ΔKH = |0,9 – 0,9| = 0,000 < 0,005

59 , 1 591 , 3

71 ,

=

=

F

A p

Δp = |1,59 – 1,59| = 0,000 < 0,05

4245 , 2 591 , 3 71 , 5

551 , 22

= +

= +

=

F A

S n

Ta thấy n = 2,4245 thỏa điều kiện đặt ra

Tính thành phần các khoáng trong clinker:

Khoáng silicát:

%C3S = 3,8 × (3KH – 2) × S = 3,8 × (3 × 0,9 – 2) × 22,551 = 59,986 %

%C2S = 8,6 × (1 – KH) × S = 8,6 × (1 – 0,9) × 22,551 = 19,394%

Kiểm tra ta thấy %C3S Є (58 ÷ 60)% thoả điều kiện

Khoáng nóng chảy:

%C3A = 2,65 ×(A – 0,64F) = 2,65 × (5,71 – 0,64 × 3,591) = 9,041%

%C4AF = 3,04F = 3,04 × 3,591 = 10,917%

Hàm lượng pha lỏng:

L = 1,12 × C3A + 1,35 × C4AF = 1,12 × 9,041 + 1,35 × 10,917 = 24,864%

Tít phối liệu:

T = 1,785 × CaO + 2,09 × MgO = 1,785 × 43,409 + 2,09 × 0,411 = 78,344% Sau khi tính toán ta thấy đã thoả với bài toán có 3 cấu tử

Phần 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT

CHẤT

A.Cơ sở tính tốn:

Cơng suất của nhà máy: 1.500.000 Tấn/năm

Chế độ làm việc:

Khối văn phịng:

Tuần làm việc: 6 ngày → số ngày nghỉ chủ nhật là 52 ngày Ngày nghỉ lễ: 8 ngày và dự trữ: 5 ngày

Vậy số ngày làm việc trong 1 năm là: 365 – 8 – 5 – 52 = 300

Khu sản xuất chính ra thành phẩm xi măng:

Tuần làm việc: 7 ngày

Ngày làm 3 ca

Mỗi ca làm việc: 8 giờ Ngày nghỉ lễ: 8 ngày và dự trữ: 5 ngày

Ngày dự trữ duy tu, sửa chữa: 52 ngày

Vậy số ngày làm việc trong 1 năm là: 365 – 8 – 5 – 52 = 300

Khu khai thác:

Khai thác đá vơi:

Do yêu cầu của cơng việc khai thác đá vơi là khoan lỗ nổ mìn nên chỉ thực hiên được mỗi ngày 1 ca, mỗi ca 8 giờ, số ngày làm việc cũng 300 ngày trong 1 năm

Khai thác đất sét, laterit:

Đất sét được khai thác theo phương pháp ướt

Ngày làm 2 ca, mỗi ca 8 giờ, số ngày làm việc cũng 300 ngày trong 1 năm

B Phần tính tốn

Ta thấy các nguyên liệu cĩ số liệu hao hụt trong sản xuất như sau:

Các đặt điểm, tính chất của vật liệu: