Оптимизация производства цемента

Оптимизация производства цемента

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова

Кафедра ТЦКМ

Курсовая работа

на тему

Оптимизация производства цемента

Белгород 2007г.

Введение

Сырьевые материалы измельчают сначала в дробилках и затем в мельницах. Ранее процесс измельчения подразделяли на три стадии: крупное дробление (куски дробят до 200-300 мм), среднее дробление (размеры кусков уменьшаются до 20-80 мм) и мелкое дробление (куски дробят до 3-10 мм). Для упрощения и удешевления процесса подготовки сырьевой шихты в последнее время применяют дробилки с большой кратностью дробления и измельчают сырьевые материалы в две стадии при одновременной сушке или в одну стадию в шламо-приготовительных агрегатах. Размеры конечного продукта при тонком измельчении материалов должны быть менее 0,1 мм.

По конструкции и принципу действия различают следующие основные типы дробилок:

а). щековые - раздавливающие и истирающие материал при периодическом нажатии подвижной щеки на неподвижную;

б).конусные - непрерывно раздавливающие и изгибающие материал, находящийся между внешним неподвижным и внутренним, эксцентрично вращающимся по отношению к внешнему;

в). молотковые и ударно-отражательные - разрушающие материал ударом вращающихся на валу молотков;

г). валковые - раздавливающие и истирающие материал валками, вращающимися навстречу.

При измельчении внешние силы (удары, раскалывание, истирание и т.

д). преодолевают внутренние силы взаимного сцепления частиц, включающие межкристаллические: внутрикристаллические и молекулярные силы.

Межкристаллические силы наиболее слабые, что обусловлено дефектами кристаллической структуры, а также наличием микро- и макротрещин. Материалы дробят, прилагая статические и динамические нагрузки.

В зависимости от характера силы, приложенной к размалываемому куску, процесс измельчения происходит за счет удара, раздавливания, раскалывания, изгиба и истирания.

Дробление в дробилках за счет удара и раздавливания более экономичный процесс, чем измельчение в трубных мельницах. Поэтому выбор рациональной схемы измельчения материала должен обеспечивать такую степень дробления, при которой последующий помол в мельницах идет с наименьшим расходом электроэнергии.

Работа дробильных аппаратов и сам процесс измельчения характеризуются степенью измельчения материала. Степень измельчения - это отношение размеров D наибольших кусков, поступающих в дробилку, к размерам d максимальных кусков, выходящих из нее. Для более полной характеристики работы дробилки или мельницы степень измельчения определяют отношением средневзвешенного размера исходного материала к средневзвешенному размеру измельченного продукта. Чем выше степень измельчения материала, тем эффективнее работа дробилки.

Задание

«Определить удельный расход электроэнергии при двухстадийном дроблении известняка в щёковой и молотковой дробилках, подобрать размеры и характеристики агрегатов при оптимальной кратности дробления».

Исходные данные:

Дробимый материал - известняк: Е = 31,0 кДж/м2; D′max = 1,0 м; d″max = 0,02 м; G = 300 т/ч.

1. Определение удельного расхода электроэнергии

1. Определение удельного расхода электроэнергии на дробление при общей кратности iΣ = 40 и изменении кратности каждой дробилки в пределах 1÷40.

Необходимые уравнения и результаты расчётов сведены в табл. 1.

Таблица 1. Удельный расход электроэнергии при различной кратности измельчения

Примечание: В таблице цветом выделена область минимального суммарного расхода электроэнергии

известняк щёковый молотковый дробилка

2. Построение графика зависимости удельного расхода электроэнергии от кратности измельчения каждой дробилкой

Рис.1. Зависимость удельного расхода электроэнергии (Э∑ ) на измельчение известняка от кратности дробления отдельных дробилок при общей кратности дробления i∑ = 40.

Эщ и Эм - расход электроэнергии при измельчении только щёковой или молотковой дробилкой при различной кратности.

(В середине рисунка представлена зависимость Э∑ от iщ в интервале 3÷6 в увеличенном масштабе).

. Минимальный суммарный расход электроэнергии при i∑ = 40:

Э∑= Эщ + Эм= 0,31+ 0,73 =1,04 кВт∙ч/т

наблюдается в области кратности дробления материала щёковой дробилкой iщ= 4 и молотковой - iм = 12,5, тогда максимальный размер куска на выходе из щёковой и входе в молотковой будет:

d′max = D′max / iщ = 1,0 /4 = 0,25 м;″max = d′max = 0,25 м.

. Расчёт параметров щёковой дробилки

Рис.1. Схема щёковой дробилки: 1 - неподвижная щека,  2 - подвижная щека; L - длина зева; B - ширина зева; Dmax - фактический максимальный размер исходного дробимого материала; dmax - максимальный размер конечного дроблёного материала; b - ширина выгрузочной щели; S - ход подвижной щеки; α - угол захвата; n - частота колебания в минуту

. Оптимальная ширина зева щёковой дробилки по уравнению:

Dопт = Dmax = 1,0 м;

В = Dопт / 0,72 = 1,0 / 0,72 = 1,4 м.

. Длина зева щёковой дробилки по уравнению:

L = 1,2 В = 1,2×1,4 = 1,68 м

. Частота колебания щеки:

n′опт = 170 / В = 170 / 1,67 = 122,4 об/мин

. Производительность щёковой дробилки при d′max= 0,25 м по уравнению:

Gщ = 9,3 n′опт B L d′max = 9,3×122,4×1,4×1,68×0,25 = 658,75 т/ч

. Производительность Gщ = 658,75 т/ч превышает заданную G = 300 т/ч более чем в 2 раза, следовательно, необходимо уменьшить размеры дробилки до предельной величины:

Вкр = Dmax / 0,85 = 1,0 / 0,85 = 1,18 м

L = 1,2 В = 1,2×1,18 = 1,4 м

B = 1,2 м; L = 1,5 м.

α=20о; bmin=200 мм; bmax=250 мм.

7. Определяем частоту колебания для производительности - 300 т/ч:

n′= Gщ / (9,3 B L d′max) = 300 / (9,3×1,2×1,5×0,25) = 72 об/мин

Принимаем: n′ = 80 об/мин

. Проверяем - не превышает ли n′ критическую величину по уравнению.

Находим ход щеки - s:

s = B / 30 = 1,2 / 30 = 0,04 м = 40 мм

n′кр = 66,5 (tgα /s)0,5 = 66,5×(0,35 / 0,04)0,5 = 196 об / мин

Следовательно, можно принять n′ = 80 об/мин, так как это значение более чем в два раза ниже критической величины.

. Минимальный допустимый размер дроблёного куска на выходе из щёковой дробилки определяется размером s при b = 0:

d′max = b + s = 0 + s =40 мм

В этих условиях произойдёт полное смыкание щёк дробилок, что недопустимо. Следовательно, исходя из конструктивных особенностей дробилки, максимальный размер дроблёного куска должен быть:

d′max > 40 мм и d′max = 200 мм,

что соответствует этим требованиям.

. Потребляемая мощность при

Эщ = 0,31 кВт∙ч/т:

N′потр = Gщ Эщ = 300×0,31 = 93 кВт

. Установочная мощность:

N′уст = 1,2 N′потр = 1,2×93 = 112 кВт

. Расчёт параметров молотковой дробилки

Рис.2. Схема однороторной молотковой дробилки: 1 - корп ус, 2 - ротор, 3 - отбойные бронеплиты, 4 - молотки, 5 - выходная решётка; Dрот - диаметр ротора; L - ширина ротора; Dmax - фактический максимальный размер исходного дробимого материала; dmax - максимальный размер конечного дроблённого материала; b - ширина выгрузочной щели; n - частота вращения; v - окружная скорость.

. Оптимальный диаметр ротора молотковой дробилки при

D″max = 0,25 м :

Dрот = D″опт / 0,3 = 0,25 / 0,3 = 0,83 м

2. Допустимый критический размер исходного материала:

Dкр = 0,5 Dрот =0,65∙0,83= 0,54 м.

Оптимальный размер исходного материала:

Dопт = 0,3 Dрот=0,3∙0,83=0,25 м.

Длина ротора:

L = 0,7÷1,5 Dрот = 1,0∙0,83=0,83 м

Критический минимальный размер дроблёного материала:

dкр = 2,3 σр / (ρо v 1,5)

σр - прочность материала при растяжении, МПа;

ρо - объёмная масса, т/м3

v - окружная скорость принимается в пределах 30 ÷ 60 м/с.

σр - прочность материала при растяжении, МПа;

ρо - объёмная масса, т/м3;

v - окружная скорость принимается в пределах 25 ÷50 м/с.

dкр = 2,3 *4,85 / (2,58*45 1,5) =0,01 м/с

Необходимая окружная скорость при заданной величине dmax:

v ≥ 1,75 (σр / ρо d″max)2/3 = 1,75 (4,85 / 2,58×0,02)2/3 = 45,20 м/с

Частота вращения в минуту:

nм = 60 v / (πDрот) = 60∙45,20/(3,14∙0,83)=1040,50 об/мин.

Кратность дробления:

Iм = Dmax/ dmax=0,25/0,02=12,5

Производительность в т/ч:

Gм = 65D2рот L nм / (E iм)=65∙0,832∙0,83∙1040,50/(31∙2,5)=99,80 т/час.

. Заданная производительность Gм = 300 т/ч в k раз ниже расчётной

k = 300 / 99,80 =3,01

Следовательно, необходимо увеличить размеры дробилки.

. Перерасчёт параметров дробилки на Gм = 300 т/ч:

Производительность дробилки пропорциональна линейным размерам ротора в третьей степени, поэтому:

Dрот = k1/3 = 3,011/3 = 1,44 м.

Принимаем размеры ротора дробилки ОМД- 14×12:

Dрот = 1,4 м; L = 1,2 м

. Необходимая частота вращения ротора:

nнеобх = Gм E iм / 65 D2рот L = 300×31,0×12,5 / 65×1,42×1,2 =760 об/мин

. Проверка окружной скорости на энергию удара:

v = πDрот nнеобх /60 = 3,14×1,4×760 / 60 = 55,71 м/с

Это значение выше расчётной величины -45,20 м/с, следовательно, превосходит требуемую энергию удара для обеспечения d″max< 20 мм, поэтому принимаются параметры дробилки ОДМ - 14×12:

Dрот = 1,4 м; L = 1,2 м

.Удельный расход электроэнергии, кВт∙ч/т:

Эм= 9,3· 10-3 E (iм 0,5- 1)= 9,3· 10-3 ∙31,0∙(12,50,5-1)=0,77 кВт∙ч/т.

Потребляемая мощность, кВт:

Nпот = Эм Gм=0,77∙300=231 кВт.

Установочная мощность, кВт:

Nуст = 1,2 Nпот=1,2∙231=277,2 кВт.

Заключение

Оптимальные показатели дробильного отделения при измельчении твердых известняков обеспечивается двухстадийным дроблением со следующими эксплуатационными параметрами.

Таблица 2

Список используемой литературы

1.  Зозуля П.В., Никифоров Ю.В. и др Проектирование цементных заводов. - С-П.: Изд-во «Синтез», 1995. - 446 с.

2.       Банит Ф.Г., Несвижский О.А. Механическое оборудование цементных заводов - М.: «Машиностроение», 1975.

.        Классен В.К. Оптимизация производства цемента. Методические указания к курсовой работе. Белгород 2006.-27с.