124679 (Установка для переработки отходов слюдопластового производства)

АННОТАЦИЯ

В настоящем дипломном проекте разработана установка для переработки отходов слюдопластового производства на «Слюдяной фабрике» в Колпино.

Актуальность темы обусловлена необходимостью решения проблемы утилизации отходов производства, которой должно уделяться особое внимание, так как использование техногенных минеральных ресурсов является важной составной частью государственной политики ресурсосбережения и охраны окружающей среды. Настоящая разработка позволяет практически полностью использовать отходы, имеющие 3-4 класс опасности. В настоящее время отходы размещаются на территории предприятия, а затем вывозятся и захораниваются, что приносит немалые убытки предприятию. Внедрение же разработанной установки позволит не только снизить отрицательное воздействие на экологию, но и получить экономический эффект. Годовая прибыль от реализации продукта переработки - слюды флогопит мокрого помола 315 составит около 2 млн. руб. в год, и это не считая экономии на вывозе и утилизации отходов другими предприятиями. Срок окупаемости установки - 2 года.

Главными техническими решениями, принятыми в данной работе являются использование для помола шаровой барабанной мельницы с разгрузкой через решетку, классификация при помощи гидроциклона, отжим слюдяной пульпы в осадительной горизонтальной шнековой центрифуге и окончательное удаление влаги в сушилке кипящего слоя.

При помощи технологических расчетов выявлены основные конструктивные размеры оборудования и его потребное количество. Конструктивные расчеты выполнены для сушилки кипящего слоя. Рассчитана толщина стенки корпуса аппарата, толщина газораспределительной решетки, произведен расчет укреплений отверстий, фланцевого соединения и др.

В качестве объекта автоматизации выбрана спроектированная сушилка кипящего слоя. Нормальная работа сушилок КС возможна только при определенной высоте кипящего слоя, с целью поддержания заданного значения этого параметра стабилизируется гидродинамическое сопротивление слоя, т. е. перепад давлений до и после решетки, воздействием на вариатор электродвигателя питателя сухого материала.

Сушилка кипящего слоя является наиболее опасным аппаратом установки для переработки отходов. Поэтому она выбрана в качестве основного объекта анализа с точки зрения безопасности. Универсальное оборудование эксплуатируется в соответствии с технической документацией завода-изготовителя и паспортом промышленной безопасности объекта.

В данной пояснительной записке содержатся 33 рисунка и 18 таблиц, общий объем - 114 страниц. К пояснительной записке прилагаются 9 чертежей.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

2.1 Производство слюдопластовых электроизоляционных материалов

2.2 Образование отходов при производстве слюдопластовой бумаги

2.3 Продукт переработки отходов - молотая слюда флогопит

2.4 Измельчение

2.5 Классификация

2.6 Центрифугирование

2.7 Сушка

2.8 Транспортирование материала

2.9 Технические решения

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

3.1 Расчет барабанной мельницы

3.2 Расчет классификатора

3.3 Подбор насосов

3.4 Расчет центрифуги

3.5 Расчет сушилки с кипящим слоем

3.5.1 Материальный и тепловой баланс процесса горения

3.5.2 Тепловой и материальный баланс процесса сушки

3.5.3 Тепловой конструктивный расчет

3.6 Подбор циклона

3.7 Подбор фильтра

3.8 Расчет топочного устройства

3.9 Подбор газодувки

3.10 Подбор питателей

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Расчет сушилки кипящего слоя

4.1.1 Выбор материала аппарата

4.1.2 Расчет толщины обечайки

4.1.3 Расчет толщины газораспределительной решетки

4.1.4 Расчет штуцеров и подбор фланцев

4.1.5 Расчет фланцевого соединения

4.1.6 Расчет укрепления отверстий

4.1.7 Расчет тепловой изоляции

4.1.8 Расчет опор аппарата

5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ

6.1 Производственная безопасность

6.2 Экологическая безопасность

6.3 Возможные неполадки и аварийные ситуации, способы их устранения

7. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

8. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы дипломной работы обусловлена необходимостью решения проблемы утилизации отходов производства, которой должно уделяться особое внимание, так как использование техногенных минеральных ресурсов является важной составной частью государственной политики ресурсосбережения и охраны окружающей среды. Ежегодно на территории России накапливается 3,5 млрд. т техногенных отходов, но уровень их использования продолжает оставаться крайне низким. Необходимо постоянно улучшать качество и количество используемых минерально-сырьевых ресурсов на всех стадиях от добычи полезных ископаемых и переработки сырья до выпуска и использования конечной продукции. В силу вышесказанного, появляется объективная необходимость в разработке максимально возможной безотходной технологии, позволяющей наиболее полно использовать отходы производства.

Сегодня проблема утилизации отходов горнодобывающего и горноперерабатывающего производств чрезвычайно актуальна в силу различных причин. С одной стороны, происходит истощение разрабатываемых месторождений, а дальнейшая их разработка требует крупных капитальных вложений. В такой ситуации возможно вовлечение в переработку так называемых техногенных образований. С другой стороны, особый интерес представляет переработка текущих отходов производства, позволяющая наиболее рационально извлечь из них ценные компоненты, снижая количество вновь поступающих отходов. Основная масса добываемых и перерабатываемых сегодня слюд идет на производство электроизоляционных материалов, среди которых следует выделить слюдяную бумагу, слюдопластоленту, слюдопласт, микалекс, миканит. Производство любого вида продукции из слюды сопровождается наличием определенного количества технологических отходов (от 10 до 40%).

На «Слюдяной фабрике» наибольшее количество отходов образуется при производстве слюдопластовой бумаги из слюды флогопит. Среди видов отходов следует выделить нерасщепленную слюду, слюду в оборотной воде, укрупненные частицы - «хвосты» и «мику» в отходящей воде. Отходам слюды присвоен 4 класс опасности, степень вредного воздействия на окружающую природную среду - низкая. Критерием отнесения к данному классу является нарушение экологической системы с периодом самовосстановления не менее 3-х лет. Слюда флогопит мелкодисперсная имеет 3 класс опасности, для которого период восстановления - не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника. Вовлечение этих отходов в переработку позволит решить проблему их утилизации и снизить себестоимость основной продукции - слюдопластовой бумаги.

Существующие сейчас на «Слюдяной фабрике» способы утилизации отходов слюдяного производства имеют огромное количество недостатков. Для складирования требуются все большие и большие территории, отходы проникают в почву, нарушая обменные процессы в природной среде. Дальнейшее захоронение отходов опять же требует новых территорий. Подземные свалки не заметны на первый взгляд, но на поверхности земли над ними почва отравлена и разрыхлена, она не пригодна, ни для строительства, ни для земледелия, ни для выпаса скота. Таким образом, единственным, относительно экологически чистым, способом борьбы с промышленными отходами, на сегодняшний день, является переработка отходов.

Отходы, получаемые в процессе производства слюдопластовой бумаги и слюдопласта, по своим характеристикам близки к природным компонентам, поэтому могут быть вторично вовлечены в производство. Продукт переработки отходов производства слюдопластовой бумаги - молотая слюда флогопит пользуется спросом на рынке и находит применение в различных отраслях промышленности. Отходы слюдяной пульпы образуются в результате сброса из системы расщепления находятся в отстойниках в водной среде. Это обстоятельство определяет способ помола, которым производится порошок слюды флогопит. Слюда мокрого помола используется, в основном, в качестве наполнителя для производства «перламутровых» красок для автомобильной промышленности и в качестве добавок во всевозможные лаки и шпаклевки, что придает им влагоустойчивость, морозоустойчивость и стойкость против коррозии. Уникальные светоотражающие и светопреломляющие свойства слюды мокрого помола обусловили ее применение в производстве художественных обоев и в косметической промышленности в качестве наполнителя при производстве средств макияжа (тени, пудра, помада с эффектом блеска и т.д.). Также молотую слюду флогопит используют для производства резины и в качестве наполнителя в пластмассу.

Таким образом, разработка установки для переработки отходов слюдопластового производства актуальна не только из-за необходимости снижения отрицательного воздействия на окружающую среду, но и по экономическим соображениям.

К сожалению, на сегодняшний день нельзя говорить о достаточной степени изученности проблемы по использованию отходов слюдяного производства. Проведенный анализ литературы показал, что в настоящее время уделяется недостаточное внимание вопросам утилизации отходов слюдяного производства как в форме техногенных образований, так и текущим производственным отходам. Но все же стоит отметить, что кое-какие исследования и разработки в этой области ведутся.

В 2008 году при Иркутском государственном техническом университете Перфильевой Ю. В. была разработана технология извлечения слюды из отходов горно-обогатительных и слюдоперерабатывающих предприятий.

«Нижнеудинская слюдинитовая фабрика» являлась базой эксперимента. Производственные отходы этой фабрики были использованы в качестве исходного компонента для производства модифицированного микалекса. Отходы фабрики можно разделить на две группы - отходы слюдяного производства (включают 5 видов) и отходы слюдокерамического сырья (включают два вида). Обе группы отходов были использованы в производстве микалекса. После грохочения в процессе производства слюдопластовой бумаги на базе скрапа флогопита Ковдорского месторождения образуются отходы. Подрешетный продукт является отходом и представляет собой грубые чешуйки различной формы и разных размеров. Из этих отходов были изготовлены пластины модифицированного микалекса. Технология изготовления модифицированного микалекса из отходов осталась та же, что и при изготовлении микалекса из слюды мусковит.

Кроме того были проведены исследования процесса измельчения отходов с целью получения сырья оптимальной структуры и плотности. Была проведена проверка уравнения кинетики измельчения отходов в шаровой мельнице и молотковой дробилке экспериментальным и графическим методом, обосновано применение технологии флотации для получения дополнительного источника сырья при производстве модифицированного микалекса.

Также решением проблемы по переработке отходов слюды занимаются в Горном институте Кольского научного центра Российской академии наук. В 2000 году сотрудники института обратились к проблеме переработки мусковитовых руд отвалов рудника Риколатва. Были обследованы все отвалы, выделены промышленно значимые, подсчитаны запасы и отобраны технологические пробы. По данным опробований отвалов, проведенных технологических исследований, впервые в России были утверждены запасы забалансовых мусковитовых руд на примере рудника Риколатва с учетом всей слюды, находящейся в отвалах. Эта слюда может быть использована для производства молотых слюд, а крупный мусковит (до 20 мм) для производства слюдобумаг. Учитывая состояние мусковитовых рудников, эти отвалы могут стать основным сырьем для производства концентратов различной крупности и молотых слюд на основе мусковита.

Перечисленные выше факторы в пользу актуальности проблемы переработки отходов слюды и ее недостаточная изученность определили тему дипломной работы. Целью настоящей работы является разработка установки, позволяющей использовать отходы слюдопластового производства для производства молотой слюды флогопит.

Работа имеет практическую значимость, так как разработанная установка может быть использована для переработки отходов на «Слюдяной фабрике» в городе Колпино.

2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

2.1 Производство слюдопластовых электроизоляционных материалов

Темой настоящей дипломной работы является переработка отходов слюды. В коммерческом отношении термином "слюда" обозначают мусковит и маложелезистый флогопит. К листовой слюде относят светлые прозрачные разновидности, которые расщепляются на пластины разной толщины, пригодные для штамповки изделий нужных форм. Благодаря высоким электроизоляционным свойствам слюды используются в радиоэлектронике, электромашиностроении, электротермии. С самого начала использования слюды специалисты стремились заменить редкую и чрезвычайно ценную крупнолистовую слюду более мелкой. Мелкочешуйчатая слюда под торговым названием "скрап" идет на изготовление теплоизоляционных материалов в теплоэнергетике и стройиндустрии и служит сорбентом в сельском хозяйстве.

Продуктами слюдопластового производства являются следующие теплоизоляционные материалы: слюдопластовая бумага, слюдопласт, слюдопластовая лента, изделия из слюдопластов (трубки и втулки). Последним направлением использования мелкой слюды как заменителя крупнолистовой слюды является изготовление различных слюдопластовых бумаг. Их производство интенсивно растет во всем мире. В слюдопластовой бумаге чешуйки скреплены между собой молекулярными силами без помощи склеивающих веществ. Он изготовляется посредством расщепления отходов или мелких (не пригодных для ручной щипки) кристаллов слюды на чешуйки и соединения их в листы без применения смолы.

В зависимости от назначения листы слюдопластовой бумаги в дальнейшем подвергают пропитке (лакировке) с термообработкой и прессованием. Склеивающие вещества служат для заполнения пор в материале и склеивания листов слюдопластовой бумаги между собой. Слюдопласты обладают достаточно высокой механической прочностью при повышенной температуре, позволяющей изготовлять из них различные фасонные изделия. Эти свойства слюдопласта являются следствием того, что в данном производстве слюда не подвергается химической деструкции и не загрязняется химикатами, как это происходит при получении слюдинитовых бумаг; элементарные частицы имеют в основном толщину от 0,5 до 2 мкм, а по площади намного превосходят свою толщину, что обеспечивает хорошее прилегание частиц друг к другу и дальнейшее их сцепление за счет сил молекулярного притяжения.