Заводы по производству сухих смесей:
мощность, компоновка, оборудование
Телешов Алексей Викторович,
директор машиностроительной компании "Вселуг" (Москва)
В нашей стране производство сухих строительных смесей (ССС) находится в начальной фазе развития, поэтому в вопросах компоновки технологической схемы, типов и технических характеристик оборудования я буду ссылаться, главным образом, на зарубежную практику.
Вопросы выбора мощности завода, его оптимальной конфигурации для условий России являются дискуссионными.
Я изложу свою точку зрения на этот счет и приведу несколько примеров из практики машиностроительной компании ВСЕЛУГ.
Что такое завод сухих смесей?
Современный завод по производству ССС представляет собой смесительную башню, высота которой может достигать 25-50 метров. Верхнюю часть башни образуют силосы, предназначенные для складирования исходных компонентов. Снаружи силосы закрывают ограждающими конструкциями или оставляют открытыми. К башне примыкает склад готовой продукции.
Ассортимент продукции
Завод по производству ССС является универсальным инструментом. На одной технологической линии могут производиться фактически любые виды сухих смесей, если линия оснащена современным оборудованием и имеет вертикальную компоновку.
Единственным лимитирующим фактором является количество силосов исходных компонентов. Если количество силосов, скажем, 8, а в составе рецептур насчитывается 12 исходных компонентов (не считая добавок), очевидно, что от каких-то рецептур придется отказаться.
С точки зрения удобства работы, под одной группой силосов иногда размещают две технологические линии. Это целесообразно в случае одновременного производства цементных и гипсовых смесей. На отдельной линии также удобнее производить окрашенные смеси.
Местоположение
При выборе места для будущего завода главным фактором чаще всего является близость к потребителям. Область сбыта простых смесей обычно ограничивается радиусом 100 км. Заводы, ориентированные на такие смеси, часто располагаются на окраинах больших городов.
Плечо доставки смесей специального назначения может превышать 1000 км, и на территории потенциального рынка будет, как минимум, несколько крупных городов. Завод может располагаться в одном из них. Известны также случаи размещения заводов в карьерах песка, то есть поблизости от главного источника сырья.
Количество силосов
На зарубежных заводах количество силосов для хранения основных компонентов достигает 20 и более. В России количество доступных для использования разновидностей вяжущих и, соответственно, число силосов исходных компонентов обычно лежит в интервале от 8 до 12.
На практике используется множество схем расположения силосов, простейшие из них:
- 4 компонента - квадрат из 4-х силосов;
- 8 компонентов - два квадрата из 4-х силосов;
- 9 компонентов - квадрат из 9 силосов, один из которых в центре;
- 12 компонентов - квадрат из 9 силосов, 3 силоса разделены перегородками на 2 части;
- "ромашка" - от 5 до 10 силосов расположены по окружности.
Обеспечение производства песком
В Европе имеется возможность, наряду с цементом и другими минеральными
вяжущими и заполнителями, покупать сухой фракционированный песок с доставкой его на
завод в пневматически разгружаемых цистернах. Если поставщиков сухого песка в
пределах досягаемости нет, сушка и классификация песка становится заботой
изготовителя ССС.
В этом случае рядом со смесительной башней размещают сушильный агрегат,
над силосами устанавливают виброклассификатор, для подачи песка от сушильного
агрегата к классификатору используют ковшовый элеватор. Линия подготовки песка -
это отдельная технологическая установка, работающая автономно.
Вертикальная схема и ее разрыв
При загрузке в силосы исходные компоненты поднимаются вверх один раз.
Далее при прохождении всех технологических операций происходит движение компонентов
вниз. В этом заключается принцип так называемой "классической вертикальной схемы".
Вертикальная схема может быть разорвана в двух местах: по линии "бункерные
весы - смеситель" или же "смеситель - фасовочная машина". Для принятия решения о
разрыве вертикальной схемы нужно иметь веские основания.
Если разрыв вертикальной схемы все же необходим, важно правильно выбрать
тип транспортирующего устройства, которое не должно иметь мертвых зон и должно иметь
закрытое исполнение. Если разрыв делается по линии "бункерные весы - смеситель",
необходимо, кроме того, организовать порционную подачу без остатков.
Мощность завода по смешению
Смешение - главная технологическая операция. Поскольку абсолютное большинство
заводов ССС в мире оснащено смесителями типа Lodige, при оценке мощности заводов
авторы предлагают принять терминологию, привязанную к объему смесителя такого типа.
| Градация по мощности | Объем смесителя | Производительность | |||
| часовая | суточная | месячная | годовая | ||
| Опытная установка | 0,3 м3 | 3,5 т | 28 т | 580 т | 7000 т |
| Мини-завод | 0,65 м3 | 8 т | 64 т | 1330 т | 16000 т |
| Мини-завод | 1,2 м3 | 15 т | 120 т | 2500 т | 30000 т |
| Завод средней мощности | 2,0 м3 | 25 т | 200 т | 4170 т | 50000 т |
| Завод большой мощности | 3,0 м3 | 35 т | 280 т | 5830 т | 70000 т |
| Завод большой мощности | 4,5 м3 | 55 т | 440 т | 9170 т | 110000 т |
Мощность завода по упаковке
Производительность завода по фасовке в мешки должна быть не меньше производительности по смешению, независимо от того, предусмотрены иные виды отгрузки или нет. Современные фасовочные машины имеют модульную конструкцию, производительность одного модуля составляет около 300 мешков/час. Количество модулей определяют из расчета фасовки по 25 кг.
| Объем смесителя | 0,3 м3 | 0,65 м3 | 1,2 м3 | 2,0 м3 | 3,0 м3 |
| Количество модулей фасовочных | 1 шт | 1 шт | 2 шт | 4 шт | 6 шт |
Запас сырьевых компонентов
При проектировании завода необходимый запас по каждому компоненту определяют в зависимости от удаленности поставщиков и организации транспортной схемы. Для определения суммарной емкости сырьевых силосов можно пользоваться следующим правилом: объем смесителя в литрах, деленный на 2, даст объем силосов в кубических метрах.
| Объем смесителя, м3 | 0,3 | 0,65 | 1,2 | 2,0 | 3,0 | 4,5 |
| Общий объем силосов, м3 | 150 | 325 | 600 | 1000 | 1500 | 2250 |
Склад готовой продукции
Мешки с готовой продукцией складируются на поддонах в два яруса без стеллажей и до 5-6 ярусов на стеллажах. Емкость склада должна соответствовать примерно двухнедельному объему производства: объем смесителя в литрах, умноженный на тысячу, даст представление о необходимой емкости склада.
| Объем смесителя, м3 | 0,3 | 0,65 | 1,2 | 2,0 | 3,0 | 4,5 |
| Емкость склада, т | 300 | 650 | 1200 | 2000 | 3000 | 4500 |
Силосное оборудование
Пневматически заполняемые силосы оборудуют напорными фильтрами, которые служат для очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха. Все силосы оборудуют сигнализаторами верхнего и нижнего уровня разных типов. Силосы песка, если песок поступает с линии сушки, кроме того, должны быть оборудованы измерителями уровня.
Дозирование основных компонентов
Из силосов компоненты поступают на весы последовательно один за другим. Цикл дозирования каждого компонента включает 3 стадии: подача с высокой скоростью, подача с низкой скоростью, пауза для успокоения и проверки фактической массы. В течение одного цикла смешения на одних бункерных весах последовательно взвешивается до 10 компонентов.
Вяжущие и тонкодисперсные заполнители подают на весы с помощью двухскоростных шнеков. Для прерывания подачи продукта на весы в конце цикла дозирования используют дисковые затворы с пневмоприводами. Чтобы обеспечить надежную разгрузку тонкодисперсных компонентов из силоса, коническую часть силоса оборудуют системой аэрации.
Шнеки для подачи песка должны отвечать ряду требований, связанных с абразивностью. Лимитируется скорость вращения, используются металл большей толщины и наплавка твердого сплава, исключаются промежуточные опоры.
Бункерные весы так же, как и все тракты подачи компонентов, делают в полностью закрытом исполнении. Бункерные весы оснащаются автономными фильтрами или подключаются к системе аспирации. Автономный фильтр предпочтительнее, поскольку уловленная пыль возвращается обратно в процесс.
Дозирование добавок
Добавки дозируют по весу. При проектировании завода есть возможность выбора в пользу одного из трех вариантов: автоматическая система весового дозирования добавок, весовое дозирование премиксов, ручной ввод добавок.
Система автоматического дозирования добавок аналогична системе дозирования основных компонентов. Она включает бункеры для складирования добавок, дозирующие шнеки и бункерные весы. Многие добавки обладают плохой сыпучестью, что необходимо учитывать при разработке оборудования.
В случае использования премиксов затраты на оборудование существенно ниже. Схема работы с премиксами имеет смысл при организации выпуска одинаковых рецептур на разных заводах.
Ручной ввод добавок применяют в целях экономии средств. Добавки взвешивают на обычных торговых весах, расфасовывают в полиэтиленовые пакеты или банки и в нужный момент вводят непосредственно в смеситель или в воронку, расположенную этажом выше.
Смешение
Статус общепризнанного стандарта в производстве ССС принадлежит одновальным горизонтальным смесителям, работающим в центрифужном режиме. Их главные особенности: простота конструкции, высокая интенсивность, отсутствие мертвых зон и возможность разгрузки без остатков.
Интенсивность перемешивания оценивают с помощью безразмерного критерия Фруда Fr, который характеризует соотношение центробежной силы и силы тяжести, действующих на частицы перемешиваемых компонентов. При Fr<<1 перемешиваемые компоненты лежат на дне, а лопасти выталкивают частицы на поверхность. В интервале 1
Для приготовления ССС рекомендуется наиболее интенсивный режим смешения при Fr=6-8. Кроме того, для распределения добавок, склонных к агломерации, центрифужные смесители оборудуют дополнительными высокоскоростными мешалками - деагломераторами.
Упаковка
Для загрузки сыпучих продуктов в клапанный мешок применяют различные системы. В случае ССС используют две из них - пневмокамерную и турбинную. Машины с аэрационной подачей не используют из-за опасности расслоения смеси. Шнековая подача предназначена для мучнистых продуктов и характеризуется очень низкой скоростью. Ленточные метательные нагнетатели используют для сахара и зерна, для порошкообразных продуктов они непригодны.
Пневмокамерная подача характеризуется высокой скоростью и универсальностью применения. На машинах с этой системой одинаково легко фасуют и грубые, и тонкие смеси. Недостаток пневмокамерных машин заключается в большом количестве запыленного воздуха, что обуславливает более жесткие требования к системе аспирации.
Турбинная подача также характеризуется высокой скоростью, однако область ее применения более узкая. Эта система предназначена для тонкодисперсных аэрирующихся продуктов, то есть для продуктов, приобретающих в аэрированном состоянии свойства жидкости. Это цемент, известь, гипс, плиточные клеи с большим содержанием цемента.
Компьютерная система управления
Компьютерная система управления заводом обычно имеет двухуровневую структуру. Верхний уровень, реализуемый на базе персонального компьютера, предназначается для создания баз данных по рецептурам и компонентам, формирования отчетов о выработке продукции и расходовании компонентов, отображения на мониторе мнемосхемы, показывающей состояние всех датчиков и приводов, вывода сообщений о сбоях в работе и их квитирования, настройки параметров технологического процесса. Нижний уровень, реализуемый на базе программируемых контроллеров, предназначается для опроса всех датчиков и выдачи управляющих сигналов на исполнительные устройства. Важнейшая функция системы управления - дозирование - может быть реализована как на уровне контроллера, так и на уровне компьютера.