Характеристика, свойства и области применения пеностекла. Подбор сырьевых материалов для производства пеностекла. Составление технологической схемы производства пеностекла порошковым способом (двустадийный процесс). Расчет состава шихты и стекла.
Аннотация к работе
Такой материал как пеностекло, являющийся теплоизоляционным материалом, обладает множествами преимуществ по сравнению с другими материалами данной группы, и благодаря своим особенностям является очень эффективным и перспективным материалом в строительстве. Изучая вопросы зарубежного применения пеностекла в качестве теплоизолятора, следует отметить, что в Европейском Союзе оно является признанным и одним из самых эффективных теплозащитных строительных материалов и не имеет каких бы то ни было ограничений и является общепризнанным строительным теплоизоляционным материалом. Вскоре в СССР была предложена технология и намечены области применения пеностекла. В СНГ в настоящее время пеностекло (в виде плит, гранул, гравия) производится в Беларуси («Гомельстекло»), Украине (Запорожский ЗТИМ, Шосткинский ЗТИМ), России («Пеноситалл» (Пермь), совхоз «Лузинский» (Омская обл.), СТЭС-Владимир, «Пеностек» (Московская и Ярославская обл.), «Дизайн» (г. Вместе с тем в СНГ наблюдается устойчиво растущий и повышенный интерес к пеностеклу, о чем свидетельствуют выставки «Мир стекла-2009 и 2010» в Москве, фуррор Гомельского пеностекла на строительной выставке 2009 г.Для производства пеностекла используют стекломассу, сваренную из следующих исходных материалов: кварцевого песка, полевого шпата, мела, доломита, соды и сульфата натрия. Кремнезем повышает вязкость стекломассы, улучшает механические и химические характеристики, повышает тугоплавкость стекла и затрудняет его гомогенизацию, уменьшает показатель преломления, ТКЛР и плотность. 2) сода кальцинированная (Na2CO3) служит для введения в состав стекла оксида натрия (Na2O), играющего роль плавня в стекловарении, снижая тем самым температуру варки стекла, понижает вязкость стекломассы, уменьшает склонность к кристаллизации. 4) мел (CACO3) служит для введения в состав стекла оксида кальция (CAO), который понижает температуру плавления и вязкость стекломассы, улучшает механические и химические свойства стекла, но усиливает склонность к кристаллизации, повышает плотность. Известно, что стекла, применяемые для производства пеностекла, должны иметь вязкость при температурах вспенивания порядка У тарного и бутылочного стекла такая вязкость достигается в интервале температур 800-850 , что согласуется с температурами максимального газообразования при использовании в качестве вспенивателя такого компонента как углерод.Ячеистую структуру стекла можно получать различными способами: 1) Порошковым, при котором стекольный порошок с добавлением в него газообразователей при нагреве размягчается и вспучивается, в результате чего образуется ячеистая структура и изделию придается конфигурация формы, в которой проводится вспенивание. Вспенивание массы происходит на холоде при введении парообразователя (1-2 % раствора мыльного корня) и стабилизатора (4%-го жидкого стекла).Вспенивание, отжиг и охлаждение пеностекла можно производить одностадийным и двустадийным способами. Двустадийный способ производства по сравнению с одностадийным имеет прежде всего следующие преимущества: 1) Минимальное время вспенивания;В подготовительном отделении сырьевые материалы подвергаются обработке и подготовке, а в дозировочно-смесительном отделении происходит дозирование и смешивание уже обработанных компонентов шихты. Песок поступает на завод навалом в полувагонах, доломит в цистернах, мел, полевой шпат, сульфат натрия в мешках и вагонах. Просушенный песок элеватором через сито-бурат с ситом № 08 подается в расходные бункера весовых линий. Просеянная сода поступает в промежуточный бункер, из которого пневмокамерным насосом по пневмотранспорту подается для разгрузки в циклон разгружатель и далее распределяется по расходным бункерам весовых линий. Из приемного бункера мел по ленточному конвейеру через элеватор подается для просеивания на грохот вибрационный с сеткой № 1,1 (рис 3.3.2).Процесс производства пеностекла начинается с варки стекла заданного состава в ванной стекловаренной печи. Печь вспенивания имеет зоны вспенивания длиной 9м, охлаждения - 1,1м и стабилизации - 4,9м. В этом случае тепловую обработку осуществляют по следующему режиму [8]: При конвейерном способе производства блоков шихта подается на конвейер, выполненный из жаростойких элементов в виде поддонов с боковыми бортами. По мере продвижения желоба вдоль печи, что обеспечивается специальным толкателем, шихта нагревается и, вспениваясь, образует ленту пеностекла, выравнивание верхней поверхности которой осуществляется специальными валиками. На выходе из печи, после стабилизации пористой структуры (после охлаждения до 600 С), лента пеностекла дисковыми пилами разрезается на плиты заданных размеров (по размеру поддонов), потом автоматически перегружается в печь отжига.При производстве пеностекла в данном курсовом проекте используем следующий ассортимент выпускаемой продукции: блоки теплоизоляционные из пеностекла - высокопористый изоляционный материал неорганического состава плотностью 300 кг/м3. Так как 1м3 пеностекла весит 300 килограмм, соответственно
План
Содержание
Введение
1. Характеристика выпускаемой продукции
2. Подбор сырьевых материалов
3. Составление технологической схемы производства
3.1 Способы получения ячеистой структуры
3.2 Одностадийный и двустадийный способы производства пеностекла
3.3 Описание подготовки сырьевых материалов
3.4 Технологическая схема производства пеностекла порошковым способом (двустадийный процесс)
3.5 Описание технологической схемы производства пеностекла порошковым способом
3.6 Физико-химические основы получения пеностекла порошковым способом
4. Технологический раздел
4.1 Расчет шихты
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Такой материал как пеностекло, являющийся теплоизоляционным материалом, обладает множествами преимуществ по сравнению с другими материалами данной группы, и благодаря своим особенностям является очень эффективным и перспективным материалом в строительстве.
Если лаконично охарактеризовать место пеностекла на рынке современных строительных материалов, уместно отметить: оно уникально, универсально и обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими теплоизоляторами.
Изучая вопросы зарубежного применения пеностекла в качестве теплоизолятора, следует отметить, что в Европейском Союзе оно является признанным и одним из самых эффективных теплозащитных строительных материалов и не имеет каких бы то ни было ограничений и является общепризнанным строительным теплоизоляционным материалом.
Впервые в мире о пеностекле как о строительном материале упомянул в своем докладе академик И.И. Китайгородский на Всесоюзной конференции по стандартизации и производству новых материалов в Москве в 1932 году. Вскоре в СССР была предложена технология и намечены области применения пеностекла. Позже этот материал (по разным причинам) «был забыт». [5]
В настоящее время интерес к производству и использованию пеностекла снова возрос. Об этом говорит большое количество статей в периодической научно-технической литературе, повышение количества диссертаций по этой тематике. [9]
В СНГ в настоящее время пеностекло (в виде плит, гранул, гравия) производится в Беларуси («Гомельстекло»), Украине (Запорожский ЗТИМ, Шосткинский ЗТИМ), России («Пеноситалл» (Пермь), совхоз «Лузинский» (Омская обл.), СТЭС-Владимир, «Пеностек» (Московская и Ярославская обл.), «Дизайн» (г. Чебоксары), в г. Инза («Пенодиатомит»), «Сибвари» (г. Томск) и др. строится и проектируется еще ряд мощностей) в объеме около 260 тыс. куб. м./год и за рубежом (Австрия, Бельгия, США, Китай). Это - капля в море, т.к. потребность в России в теплоизоляционных материалах составляет не менее 70 млн. /год, в т.ч. - в пеностекле - не менее 5,5 /год, в Молдове (пропорционально численности населения) - не менее 2,2 млн. /год/0,2 млн. /год! [2]
Причиной незначительного (пока) применения пеностекла является его относительно высокая цена (импортные Западно-Европейские плиты приблизительно равны 750$/ ) в связи с дискретностью технологии, и массовым предложением дешевых (но опасных) конкурентов - пенопластов, волокнистых материалов.
Вместе с тем в СНГ наблюдается устойчиво растущий и повышенный интерес к пеностеклу, о чем свидетельствуют выставки «Мир стекла-2009 и 2010» в Москве, фуррор Гомельского пеностекла на строительной выставке 2009 г. В Кишиневе. [2]
На данный момент, на кафедре химической технологии стекла и стеклокристаллических материалов БГТУ им. В.Г. Шухова изучается вопрос повышения вспенивающей способности пенообразующих смесей, а именно повышение окислительно-восстановительного потенциала пенообразующей смеси путем добавки в смеси оксидов переменной валентности. Применение таких добавок позволит улучшить качество получаемого материала.
Новый способ производства пеностекла предложен доцентами кафедры Онищуком В.И. и Жерновой Н.Ф. Разработанный способ базируется на направленной поризации высококонцентрированной стекольной суспензии (ВСС), фиксации структуры за счет вяжущих свойств ВСС и существенного увеличения предела прочности композиции путем дополнительной температурной обработки. [9]
Проскуриным С.А. разработано программное обеспечение (расчетные методы и алгоритмы) для оценки кристаллизационной способности ситалловых и промышленных стекол.
Диссертационная работа Алексеева С.В. посвящена повышению качества продукции и снижению энергозатрат при производстве пеностекла путем совершенствования режима отжига на основе математического моделирования процесса его термообработки. [9]
В России сегодня установлена возможность получения стекловидных материалов как с использованием в качестве наполнителей, так и на основе горных пород и отходов их обработки.
Важным преимуществом пеностекла по сравнению с некоторыми природными и изоляционными материалами является его неорганический состав. Благодаря этому оно устойчиво против гнили, микроорганизмов, действия высоких температур, кислот щелочей. [8]
В настоящее время пеностекло нашло различные области применения в строительстве и технике. Свойства пеностекла позволяют применять этот материал достаточно широко. Основная сфера использования пеностекла - создание тепло- и звукоизоляции. В качестве теплоизолятора оно может использоваться в промышленном, строительном и жилищно-коммунальном комплексах, а также в сельском хозяйстве и индивидуальном строительстве (где помимо теплоизолирующих немаловажную роль играет и его экологическая чистота).
Каждый вид пеностекла имеет свои приоритетные области применения. Блочное пеностекло используется для утепления и звукоизоляции наружных стен зданий, внутренних перекрытий, утепления фундаментов, теплоизоляции печей и трубопроводов. Гранулированное пеностекло используется преимущественно для утепления кровли и чердачных перекрытий, а также в качестве засыпного материала для стен. Кроме того, низкая плотность в сочетании с высокими теплоизолирующими свойствами, позволяет использовать гранулированное пеностекло как наполнитель для легковесных панелей, легких бетонов, сухих строительных смесей и теплоизоляционной штукатурки, а благодаря высокой морозоустойчивости, - как теплоизолоизолирующий слой дорожного полотна.
Существующие технологии позволяют выпускать пеностекло различной фактуры и цвета, что позволяет использовать его и в качестве облицовочного материала.
1.
Пеностекло представляет собой отвердевшую стекольную пену, изделия из нее могут быть в виде гранул, гравия, щебня, плит, скорлуп и др. Природным аналогом его является пемза (частично). Поры в стекловидном (или стеклокерамическом) теле могут сообщаться или нет. Плотность пеностекла в зависимости от технологического режима может варьироваться от 25 до 600 кг/м3, температура применения материала колеблется от -100 С до 450 С. [2]
Пеностекло не горит, в воде не тонет, долговечно, морозо- и теплоустойчиво, его не разрушают грызуны. Пеностекло легко обрабатывается, пилится ножовкой, крепится практически любыми строительными растворами. [2]
Рассматривая более подробно свойства и преимущества пеностекла, как эффективного теплоизоляционного материала, следует особенно выделить следующие параметры и характеристики где этот материал, фактически, не имеет себе равных и обладает значительными преимуществами.
Таблица 1.1 - Свойства и области применения пеностекла [5]
Низкая теплопроводность · теплоизоляция в промышленном и гражданском строительстве, снижает расход стройматериалов, уменьшает толщину стен, повышает надежность и долговечность дорожного покрытия; · использование для термоизоляции трубопроводов и газопроводов
Низкая плотность материала при высокой прочности · снижает нагрузку на фундамент и позволяет строить даже на слабых грунтах; · надстройка верхних этажей зданий; · незаменимо для теплоизоляции перекрытий, кровель, полов; · гранулят-незаменимый наполнитель для прочных легковесных панелей; · позволяет изготавливать понтонные и иные плавучие конструкции
Негорючесть · возможность теплоизоляции в высотном строительстве; · создание огнепреградительных конструкций; · использование для изоляции трубопроводов и иного оборудования, работающего при температурах до 600 С
Отличные монтажно-конструкционные свойства · в отличие от традиционных теплоизоляционных материалов (газобетон, пенопласты), хорошо сочетается с алюмосиликатными вяжущими (цементные, известково-цементные растворы); · легко обрабатывается режущими инструментами: сверлится, прибивается гвоздями, клеится
Химически инертен, высокая коррозионная устойчивость · изготовление многоразовой изоляции; · время эксплуатации практически не ограничено; · безусадочность (долговременная стабильность размеров); · применим для строительства резервуаров и трубопроводов для кислот и нефтепродуктов; · эффективен для защиты зернохранилищ, хозяйственных и жилых помещений, т.к. не разрушается грызунами и насекомыми
Экологическая безопасность · применим для любых видов строительства, в том числе в пищевой и фармацевтической промышленности
· больший вес по сравнению с другими видами теплоизоляционных материалов (ввиду высокой плотности пеностекла);
· нестойкость к ударным воздействиям - так как пеностекло состоит из стекла, то всегда существует опасность разбить его;
· для изготовления скорлуп или блоков требуется дополнительное оборудование, что ведет к увеличению стоимости блочного пеностекла;
· нецелесообразность использования пеностекла в малоэтажном строительстве, так как, в среднем, через 50 лет требуется реконструкция здания и часто уместнее применять более дешевые и удобные в монтаже традиционные материалы.
Согласно предложенной Б.К. Демидовичем классификации пеностекло бывает следующих видов: [3]
- строительное
- влагозащитное
- декоративное (облицовочное)
- гранулированное
Назначением строительного стекла является утепление стен и перекрытий жилых, общественных и промышленных зданий. Теплоизоляция горячих поверхностей и тепловых агрегатов: печей, сушилок, автоклавов, реакционных колон и др. Этот материал имеет преимущественно замкнутую пористость с ячейками средних размеров. Водопоглощение не более 10 % объема, объемная масса 150-350 кг/ . Температура применения: при отрицательных с обязательной гидроизоляцией до -50 С, при положительных до 500 С.
Назначение влагозащитного пеностекла в тепловой изоляции объектов, работающих при знакопеременных температурах и условиях повышенной влажности, в изоляции объектов глубокого холода, теплоизоляции технических транспортных средств. Такое пеностекло обладает замкнутой мелкопористой структурой с водопоглощением не более 10 %, в основном с поверхности, объемная масса 140-200 кг/ , прочность на сжатие 5-2,5 МПА. Температура применения: от -200 до 500 С.
Декоративное стекло отличается тем, что оно окрашивается в объеме или с поверхности введением в его состав обычно применяемых в стеклоделии красителей. Применяется для внутренней и наружной облицовки жилых зданий и помещений общественного и специального назначения, сочетающая одновременно и их теплоизоляцию. У таких материалов преимущественно замкнутая пористость с ячейками средних размеров. Водопоглощение не более 10 % объема, объемная масса 150-350 кг/ . Температура применения: при отрицательных с обязательной гидроизоляцией до -50 С, при положительных до 500 С.
Назначением гранулированного стекла является тепловая изоляция поверхностей со сложной конфигурацией, устройство теплоизоляционных засыпок. Высокопрочные гранулы применяются для изготовления легких бетонов и облегченных конструкций. Для такого пеностекла характерны замкнутая пористость с начисляем на поверхности оплавленной корки, обладающей, однако, высокой адгезией, объемная масса 80-200 кг/ , водопоглощение не более 5%.Температура применения: от-180 до 600С. [8]