СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА Российский патент 2003 года по МПК C04B11/02 

Изобретение относится к производству гипсовых вяжущих материалов воздушного твердения, используемых для производства гипсовых изделий главным образом для внутренних частей зданий, а также для штукатурных и кладочных работ.

Известен способ получения строительного гипса, включающий помол двуводного гипса /гипсового камня/ с последующей термической обработкой при температуре 140-190^oC. Способ осуществляют в варочных котлах периодического и непрерывного действия /Большая советская энциклопедия, М. Изд-во "Советская энциклопедия", т. 6, 1971, с.549-550/.

Недостатком способа является неэффективный нагрев материала через металлические стенки гипсоварочного котла, сдерживающий рост производительности и повышение энергетических затрат на помол двуводного гипса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения строительного гипса путем нагрева двуводного гипса фракции 10-35 мм при температуре 140-190^oС во вращающейся печи при движении теплоносителя в прямоточном или в противоточном направлении с начальной его температурой 750-1000^oС с последующими охлаждением и помолом полуводного гипса /Ю.М. Бутт и др. "Технология вяжущих веществ". М.: Изд-во "Высшая школа", 1965, с. 31, 39, 41. 49-51/.

Недостатком способа является потеря мелкофракционного сырья /менее 10 мм/, неравномерный обжиг двуводного гипса различного размера и низкая удельная и агрегатная производительность, обусловленная длительностью нагрева и дегидратации гипса фракции 10-35 мм и низким заполнением материалом вращающегося барабана /около 15%/. Кроме того, принудительный транспорт материала во вращающемся барабане за счет электрического привода повышает энергетические затраты на производство строительного гипса, а запечные пылеосадители существенно усложняют способ, снижают его компактность и повышают материальные и энергетические затраты.

В основу изобретения положена задача создания интенсивного скоростного высокопроизводительного способа получения строительного гипса при безотходном использовании сырья и снижении энергетических и эксплуатационных затрат.

Эта задача решается посредством способа получения строительного гипса, включающего нагрев двуводного гипса до температуры 140-190^oС с охлаждением и помолом, согласно изобретению двуводный гипс фракции 0-25 мм формируют в виде вертикально ориентированных параллельных нисходящих слоев и производят фильтрацию теплоносителя в каждом слое одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях, причем теплоноситель в слой указанного гипса подают при двухступенчатом нагреве в интервале температуры 250-700^oС.

Возможен вариант, когда на первой ступени в слой подают теплоноситель с температурой 450-700^oС, а на второй - с температурой 250-450^oС.

Целесообразно, чтобы соотношение высоты указанного гипса на первой ступени к высоте слоя на второй ступени составляло 1:1-5.

Рационально в способе охлаждение осуществлять подачей в слой гипса воздуха, который после нагрева в нем смешивают с теплоносителем и подают в слой на второй ступени.

Такое выполнение способа позволяет безотходно использовать сырье, интенсивно нагревать двуводный гипс с получением равномерно дегидратированного продукта при широком диапазоне производительности с низкими капитальными и эксплуатационными затратами.

Сущность способа получения строительного гипса по скоростной технологии заключается в термообработке двуводного гипса фракции 0-25 мм в плотном нисходящем фильтрующем слое при разделении материала и теплоносителя на многочисленные вертикально ориентированные и параллельные слоевые потоки и организованной фильтрации теплоносителя одновременно в прямотоке, противотоке и перекрестном токе.

На фиг. 1 показана схема материальных потоков при поочередной по горизонтали и вертикали подаче теплоносителя в потоки /слои/ материала по каналам со знаком /+/ и отвода из слоя отходящих газов по каналам со знаком /-/. Градиент давления газов в каждом слое создают тягодутьевые вентиляторы /на фиг.1 вентиляторы не показаны/. Материал распределяется по стрелкам А на вертикально ориентированные и параллельные слои между вертикально расположенными рядами каналов и движется вниз под действием гравитации, и после дегидратации выгружается по стрелкам В. Теплоноситель в слой материала поступает по стрелкам Т в прямоточном направлении, по стрелкам Е в противоточном направлении и по стрелкам С в перекрестноточном направлении. Благодаря всесторонней фильтрации газов в слое интенсифицируется теплообмен, создаются равномерный нагрев и дегидратадия двуводного гипса и повышается производительность. Этому также способствует возможность расширения зоны термообработки за счет увеличения количества слоев материала и потоков теплоносителя, и площади фильтрующего слоя.

Чередующий по горизонтали и вертикали ввод в слой потоков теплоносителя и вывод из слоя потоков отходящих газов по всему объему обрабатываемого материала позволяет производить фильтрацию теплоносителя в каждом слое одновременно в прямотоке, противотоке и перекрестном токе. Возможность уменьшения толщины каждого нисходящего фильтрующего слоя позволяет снизить гидравлическое сопротивление, что обусловливает возможность уменьшения размеров зерен исходного двуводного гипса. Это инициирует теплообмен и рост производительности.

Мягкий режим термообработки двуводного гипса фракции 0-25 мм в каждом нисходящем слое при фильтрации теплоносителя одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях позволяет равномерно производить дегидратацию гипса с использованием мелких и пылевидных фракций. Этот процесс протекает в течение 3-5 мин, однако с увеличением размера зерен гипса выше 25 мм интенсивность термообработки снижается, а вместе с тем снижается производительность и увеличивается расход тепла на термообработку.

Скоростной и мягкий режим термообработки при фильтрации теплоносителя одновременно в прямотоке, противотоке и перекрестном токе в слое гипса фракции 0-25 мм позволяет вести процесс нагрева при достаточно высоких температурах /250-700^oС/ теплоносителя и нагревать материал до температуры 140-190^oС. Увеличение температуры теплоносителя ниже 250^oС существенно повышает время термообработки и снижает производительность.

Применение двухступенчатой термообработки двуводного гипса существенно интенсифицирует процесс производства высококачественного продукта. Первоначальный высокотемпературный поток теплоносителя при 450-700^oС обеспечивает скоростной нагрев материала до 140-160^oС и полное удаление естественной влаги, а дальнейшая подача в слой низкотемпературного теплоносителя при 250-450^oС обеспечивает интенсивную дегидратацию гипса при высоком качестве продукта в интервале температуры его нагрева 140-190^oС.

На фиг. 2 показана схема материальных потоков при двухступенчатой термообработке. Принятое соотношение высоты слоя материала на первой ступени термообработки к высоте слоя материала на второй ступени термообработки, равное 1: 1-5, выбрано из расчета нагрева материала на первой ступени термообработки до температуры 140-160^oС. Это соотношение зависит от плотности слоя /естественной влажности/. При отсутствии или низком содержании влаги увеличивают высоту второй ступени термообработки вплоть до верхнего граничного значения /1:5/.

Применение окружающего холодного воздуха для подачи в слой продукта после термообработки обеспечивает безынерционную его транспортировку ленточными конвейерами и помол продукта в шаровых мельницах. Это упрощает технологию и повышает компактность производства строительного гипса, а использование подогретого в продукте воздуха с подачей его в теплоноситель на второй ступени термообработки повышает термический КПД процесса.

Способ осуществляют следующим образом.

Гипсовый камень дробят с получением фракции 0-25 мм и подают по стрелкам А на термообработку /фиг.1/ в камеру 1, оснащенную системой каналов 2, которые поочередно подключены по горизонтали и вертикали к подаче теплоносителя по каналам /+/ и к отводу отходящих газов по каналам /-/. Двуводный гипс распределяется между вертикальными рядами каналов 2, движется вниз за счет гравитации и после термообработки по стрелкам выгружается, и после охлаждения поступает на помол.

Теплоноситель в слой материала подают при температуре 250-700^oC по стрелке Р на высоте OH по каналам /+/, где газы в камере фильтруются в каждом слое по стрелкам Т, Е и С соответственно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях относительно опускающегося вниз материала. Пройдя слой материала теплоноситель поступает в каналы /-/ и по стрелке R удаляется в атмосферу, минуя стадию пылеочистки, поскольку сам слой является мокрым зернистым фильтром, максимально сдерживающим пылевыброс.

В другом варианте фильтрация теплоносителя на высоте ОН организована двухступенчатой /фиг.2/, причем на первой ступени на высоте ОD теплоноситель в слой подают по каналам /+/ по стрелке Q при температуре 450-700^oС, а на второй ступени на высоте DН теплоноситель подают по стрелке Р с температурой 250-450^oС. Соотношение высоты первой и второй ступеней фильтрации газов в слое (соотношение ОD: DН), равное 1÷1-5. Фильтрацию газов в каждом слое на первой и второй ступенях термообработки производят, как и в предыдущем варианте, в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях по отношению к опускающемуся вниз материалу. Вывод отходящих газов производят по каналам /-/ и затем по стрелке R выбрасывают в атмосферу.

Лучший вариант осуществления способа
В этом варианте /фиг.3/ на высоте ОH, как и в предыдущем варианте, осуществляют двухcтадийную термообработку материала и после этого на высоте НК камеры 1 подвергают охлаждению окружающим воздухом, который подают по стрелке М и фильтруют в каждом слое одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях соответственно по стрелкам Т, Е и С и затем по каналам /-/ и стрелке F выводят из слоя подогретый воздух, который вместе с теплоносителем, поступающим в слой по стрелке Р, подают во вторую ступень термообработки. Отходящие из слоя газы по стрелке R выбрасывают в атмосферу, минуя стадию пылеочистки.

Примеры выполнения
Из гипсового камня с естественной влажностью 5-7% готовят материал фракции 0-25 мм и подают его на термообработку в установку, оснащенную системой подачи теплоносителя по каналам /+/ и отвода газов по каналам /-/, при фильтрации газов одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях. Соотношение высоты слоя материала на первой ступени к высоте слоя на второй ступени в установке составляло 1:2.

Пример 1
В установку, изготовленную по схеме фиг.2, подают материал фракции 0-25 мм и теплоноситель в первую ступень термообработки с температурой 700^oС и во вторую ступень термообработки с температурой 350^oC. Время термообработки составляет 4,5 мин, производительность - 2,8 т/м³•ч температура отходящих газов - 70^oС, температура готового продукта - 180^oС.

Пример 2
В установку, изготовленную по схеме фиг.1, подают материал фракции 0-25 мм и теплоноситель с температурой 500^oС. Время термообработки 5 мин, производительность 2,5 т/м³•ч, температура готового продукта 175^oC, температура отходящих газов 90^oС.

Пример 3
В установку, изготовленную по схеме фиг.3, подают материал фракции 0-25 мм и теплоноситель в первую ступень термообработки с температурой 600^oС и во вторую ступень с температурой 400^oС. Последний смешивают с воздухом, нагретым в слое после второй ступени термообработки. Время термообработки 5 мин, производительность 2,5 т/м³•ч, температура отходящих газов 65^oС, температура готового продукта 60^oС. Расход горючего снижается на 12% по отношению к предыдущим вариантам.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными примерами выполнения и возможны различные модификации и другие варианты осуществления способа скоростного получения строительного гипса в нисходящем фильтрующем слое без отклонения от объема и существа настоящего изобретения.

На основании данного изобретения могут быть разработаны и изготовлены различные конструкции установок для скоростного производства строительного гипса в плотном нисходящем фильтрующем слое производительностью от нескольких тонн до 1000 и более тонн в час.

Настоящий способ характеризуется высокой агрегатной и удельной производительностью, компактностью, низким расходом топлива и электроэнергии, безотходным использованием сырья, высокой однородностью продукта и повышенной экологической безопасностью.

Изобретение относится к производству гипсовых вяжущих материалов воздушного твердения, используемых для производства гипсовых изделий главным образом для внутренних частей здания, а также для штукатурных и отделочных работ. В способе получения строительного гипса, включающем нагрев двуводного гипса до температуры 140-190^oС с охлаждением и помолом, двуводный гипс фракции 0-25 мм формируют в виде вертикально ориентированных параллельных нисходящих слоев и производят фильтрацию теплоносителя в каждом слое одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях, а теплоноситель в слой гипса подают при двухступенчатом нагреве в интервале температуры 250-700^oС. На первой ступени в слой подают теплоноситель с температурой 450-700^oС, а на второй - с температурой 250-450^oС. Соотношение высоты слоя гипса на первой ступени к высоте слоя на второй ступени составляет 1: 1-5. Охлаждение осуществляют подачей в слой гипса воздуха, который после нагрева в нем смешивают с теплоносителем и подают в слой на второй ступени. Технический результат - равномерность термообработки и многократное увеличение производительности при снижении энергетических и тепловых затрат. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения строительного гипса, включающий нагрев двуводного гипса до температуры 140-190^oС с охлаждением и помолом, отличающийся тем, что двуводный гипс фракции 0-25 мм формируют в виде вертикально ориентированных параллельных нисходящих слоев и производят фильтрацию теплоносителя в каждом слое одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях, причем теплоноситель в слой указанного гипса подают при двухступенчатом нагреве в интервале температуры 250-700^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой ступени в слой подают теплоноситель с температурой 450-700^oС, а на второй - с температурой 250-450^oС. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что соотношение высоты слоя указанного гипса на первой ступени к высоте слоя на второй ступени составляет 1: 1-5. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют подачей в слой гипса воздуха, который после нагрева в нем смешивают с теплоносителем и подают в слой на второй ступени.