Технологические особенности производства зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции

Поскольку целью данных расчётов является оптимизация конструкции установки и минимизация энергозатрат на производство гранулированного материала, то наиболее оптимальной представляется ситуация, когда описанная выше граница находится как можно ближе к выходному сечению жёлоба. В этом случае сушка гранул заканчивается на выходе из жёлоба.

Библиографический список

1. Численная оптимизация параметров обжига гранулированного грунта в реакторах про-тивоточного типа при получении дорожного термоукреплённого материала / С.М. Путятин, Е.Н. Путятина, В.Н. Ефименко, Ю.М. Чарыков // Вестник ТГАСУ. -Томск, 2001. - С. 192-197.

2. Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - М. : Энергия, 1969. - 471 с.

3. Лыков, А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки / А.В. Лыков. - М. : Госэнергоиз-дат, 1956. - 464 с.

4. Чарыков, Ю.М. Исследование изменения теплопроводности связных грунтов при нагреве их в высокотемпературных газовых потоках / Ю.М. Чарыков // Обеспечение надёжности транспортных сооружений в условиях Сибири : сбор. науч. тр. - Томск : ТГУ, 1993. - С. 171-174.

5. Гришин, А.М. Итерационно-интерполяционный метод и его приложения / А.М. Гришин, В.Н. Берцун, В.И. Зинченко. - Томск : ТГУ, 1981. - 160 с.

6. Берд Р. Явления переноса / Р. Берд, В. Стьюарт, Е. Лайтфут. - М. : Химия, 1974. - 688 с.

7. Аэров, М.Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и зернистым кипящим слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес. - Ленинград : Химия, 1968. - 510 с.

Е.Ы. PUTYATINA, S.M. PUTYATIN, V.N. EFIMENKO

NUMERICAL MODELING OF GRANULATED SOIL DRYING PROCESS IN COUNTERFLOW TYPE REACTOR

The article presents results of original calculation method for thermo- and mass- exchange in granulated material at drying process in the reactor for plasmastrengthening the clay soils.

УДК 666.9.043.2

А.И. КУДЯКОВ, докт. техн. наук, профессор,

М.Ю. ИВАНОВ, аспирант,

БрГУ, Братск

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕРНИСТЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Приведена методика расчета и результаты исследований технологических приемов получения теплоизоляционного зернистого материала на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема и отходов переработки древесины.

© А.И. Кудяков, М.Ю. Иванов, 2008

Основные параметры качества материала: средняя плотность 50-220 кг/м3, теплопроводность 0,05-0,07 Вт/(м-°С).

Стремление к экономии энергоресурсов, расширению сырьевой базы стройиндустрии и существенное повышение требований к теплозащите ограждающих конструкций объектов строительства оказывают большое влияние на интенсивное развитие промышленности теплоизоляционных материалов, в том числе на основе местных минеральных ресурсов и отходов промышленности.

Заметную нишу в номенклатуре теплоизоляционных материалов занимают минеральные зернистые материалы, используемые для теплоизоляции чердачных перекрытий, многослойных стеновых конструкций, в качестве заполнителей легких бетонов. Минеральные теплоизоляционные материалы обладают высокой долговечностью и экологической чистотой. Наибольшее распространение для теплозащиты получил обжиговый минеральный заполнитель - керамзитовый гравий со средней плотностью 500-600 кг/м3 (ГОСТ 9757-90*). Однако для получения нормируемого значения теплозащиты ограждающей конструкции (например, чердачных перекрытий) требуемая толщина изоляционного слоя из керамзитового гравия составляет 550-600 см, что существенно повышает нагрузку механическую на несущие конструкции и энергетическую - в общем на здание.

Особенности поровой структуры зернистых минеральных утеплителей обусловливают стабильность свойств в процессе длительной эксплуатации таких материалов в климатических условиях Сибири и тем самым выгодно отличают их от широко применяемых сегодня теплоизоляционных изделий на основе минеральной ваты и пенополистирола.

Для повышения эффективности использования зернистых материалов в ограждающих конструкциях необходимо разработать и изготовить зернистые утеплители с насыпной плотностью 50-150 кг/м3 и теплопроводностью не выше 0,06 Вт/(м-°С) при обеспечении их достаточной прочности. Одним из путей решения данной задачи является разработка технологий производства вспученных жидкостекольных зернистых материалов с использованием отходов промышленности.

Возможность использования в качестве основного сырья кремнеземсодержащих техногенных отходов, низкая температура термообработки и хорошие строительно-эксплуатационные свойства создают предпосылки для развития производства и широкого применения зернистых теплоизоляционных материалов на основе вспученного жидкого стекла в строительстве.

Сотрудниками кафедр СМиТ Братского государственного и Томского государственного архитектурно-строительного университетов ранее установлена возможность получения зернистого теплоизоляционного материала на основе жидкостекольной композиции из микрокремнезема, отхода производства кристаллического кремния на Братском заводе ферросплавов [1, 2].

Разработана методика расчета состава сырьевой смеси для получения зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.

Расчет состава сырьевой смеси производят в следующей последовательности:

- определяют необходимое количество безводного Ка2О по формуле

ЛТ МК

№20 =------,

п

где Ка2О - расход безводного оксида натрия, г; МК - расход микрокремнезема, г; п - силикатный модуль жидкостекольной композиции;

- определяют необходимое количество сухого гидроксида натрия по формуле

№20 • МЛ

Ж

Ка0ысух=—2——Ма0Н,

Ыа20

где Ка0Ысух - расход сухого гидроксида натрия, г; Ка20 - расход безводного оксида натрия, г; М№0Н - молярная масса гидроксида натрия (двух молекул), г/моль; М№ 0 - молярная масса оксида натрия, г/моль;

- рассчитывают необходимое количество водного раствора гидроксида натрия, исходя из известного значения концентрации водного раствора №0Н по формуле

100 • №0Н

Ка0Нр-р=--------^^,

где Ка0Нр.р - расход водного раствора гидроксида натрия, г; С - концентрация водного раствора гидроксида натрия, %;

- определяют количество воды, содержащейся в растворе гидроксида натрия, по формуле

в = На0Нр-р -На0Нсух,

где в - количество воды, содержащееся в растворе гидроксида натрия, г; Ка0Нр.р - расход водного раствора гидроксида натрия, г; Ка0Нсух - расход сухого гидроксида натрия, г;

- определяют содержание твердой фазы в сырьевой смеси:

Т = МК + На0НСух+ Д,

где Т - содержание твердой фазы в сырьевой смеси, г; Д - расход модифицирующей добавки, г;

- определяют общее количества воды затворения по формуле

вобщ = т • ВТ,

где Вобщ - общее количество воды затворения, г; ВТ - водотвердое отношение (ВТ = 0,95);

- определяют количество воды затворения, добавляемой в сырьевую смесь по формуле

Взата = Вобщ - в,

где Взатв - количество воды затворения, добавляемой в сырьевую смесь, г.

В таблице приведены рекомендуемые составы для получения 1 м3 зернистых ТИМ в зависимости от области их применения.

Рекомендуемые составы для получения 1 м3 зернистых теплоизоляционных материалов

Наименование и нормы расхода сырья Область применения зернистого материала

Теплоизоляция чердачных перекрытий Теплоизоляция стеновых конструкций

Микрокремнезем, мас. % 39,50

Гидроксид натрия 45%-й концентрации, мас. % 20,50

Вода, мас. % 39,605 36,05

Модифицирующая добавка, мас. % : сульфатное мыло пек талловый пек талловый омыленный глиеж Богучанского месторождения 0,395 -

- 3,95

Примечание. Сульфатное мыло, пек талловый и пек талловый омыленный - продукты переработки древесины Братского ЛПК.

Технология производства зернистого утеплителя отличается простотой исполнения и низкими энергозатратами. Основными технологическими операциями при производстве зернистых ТИМ являются получение модифицированной высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема, формирование сырцовых гранул и их тепловая обработка (вспучивание) [3-5].

Жидкостекольную композицию получают путем гидротермальной обработки (при постоянном перемешивании) сырьевой смеси из микрокремнезема, гидроксида натрия, воды и модифицирующей добавки в установке для варки жидкого стекла в течение 15-40 мин (в зависимости от силикатного модуля и количества модифицирующих добавок) при температуре 85-95 °С и атмосферном давлении.

Формирование сырцовых гранул (жгутиков) из модифицированной жидкостекольной композиции осуществляется в экструдере с фильерной решеткой, прикрепленной к корпусу с помощью быстро раскрывающегося байонетного замка. Внутри корпуса расположен шнек с насадками для выравнивания давления. В зоне загрузки шнека установлены два призматических валка-нагнетателя, обеспечивающих равномерную подачу жидкостекольной композиции в запитывающую зону шнека. Для получения гранул заданной длины экструдер снабжен устройством для резки жгутов, закрепленным на поворотной платформе с внешней стороны фильеры.

Вспучивание гранул (жгутиков) осуществляется в сушильном барабане при температуре 400 °С в течение 10-20 мин.

Отличительной особенностью разработанной технологии является процесс грануляции. По сравнению с традиционной цилиндрической формой сырцовых гранул жгутики имеют квадратное сечение и, соответственно, большую удельную поверхность. Это обстоятельство способствует более интенсивному доступу теплого воздуха ко всем участкам нагреваемого жгутика и равномерному его вспучиванию во всех направлениях, что, в свою очередь, позволяет осуществлять термообработку при достаточно низкой температуре. Коэффициент формы полученного таким образом зернистого ТИМ близок к единице, то есть вспученные зерна получаются шарообразными. В целом, применение разработанной технологии позволяет производить монофракционную и, соответственно, более однородную по показателям качества продукцию.

Разработаны технологический регламент производства и технические условия на зернистый теплоизоляционный материал из модифицированной жидкостекольной композиции.

Полученные зернистые теплоизоляционные материалы характеризуются насыпной плотностью 50-220 кг/м3 и теплопроводностью 0,05-0,07 Вт/(м-°С).

На рис. 1 представлен разработанный план цеха по производству зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.

Экспликация оборудования:

I. Аппарат вертикальный стальной с эллиптическим днищем, перемешивающим устройством и элементом нагревательным гибким ленточным унифицированным ВЭЭ-1-1-6,3.

2 и 3. Аппарат вертикальный стальной с эллиптическим днищем, перемешивающим устройством и элементом нагревательным гибким ленточным унифицированным М3380.

4. Сборник с мерным весовым устройством, номинальный объем - 2 м3.

5. Бак для воды с мерным устройством.

6. Бак для раствора гидроксида натрия с мерным весовым устройством.

7. Бункер для микрокремнезема с ручным шиберным затвором и мерным весовым устройством.

8. Питатель шнековый.

9. Насос для перекачки жидкостекольной композиции КВ-80-50-200.

10. Насос для перекачки сырьевых компонентов ПБ-63/22,5.

II. Емкость для хранения жидкостекольной композиции.

12. Кран мостовой.

13. Гранулятор формования шнековый с устройством для резки жгутов ФШ 020.

14. Конвейер ленточный С-980А.

15. Барабан сушильный 3240.00.000.

16. Бункер для хранения зернистых теплоизоляционных материалов.

На рис. 2 показаны изделия, полученные на основе зернистого утеплителя и вяжущего из жидкого стекла.

99-

гО:

(ШУ

« *1

1

л. .

© Ф © ©"©, Рлвв ~СРТХ№; г £3

I * к к 1. Иг— Т 1 ^

а а

*Г1 >п т

:

Рис. 1. План цеха по производству зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема

Технологические особенности производства 167

Рис. 2. Теплоизоляционные изделия на основе зернистого утеплителя

Показана возможность получения различных теплоизоляционных изделий - плит, блоков, скорлуп, сегментов, что позволяет добиться высокой технологичности при устройстве теплозащиты ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Выводы

Разработаны методика расчета состава, технология и рекомендации по производству зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема, которые характеризуются насыпной плотностью 50-220 кг/м3 и теплопроводностью 0,05-0,07 Вт/(м-°С). На полученный зернистый теплоизоляционный материал разработаны технологический регламент и технические условия, зарегистрированные Госстандартом России.

Расчетная стоимость 1 м3 зернистых ТИМ на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема составляет 420-485 руб., что примерно в три раза ниже, чем стоимость существующих аналогов, в частности керамзитового гравия.

Промышленная апробация технологии на ООО «Экомат» г. Братска подтвердила достоверность полученных выводов.

Библиографический список

1. Кудяков, А.И. Зернистый теплоизоляционный материал на основе жидкого стекла из микрокремнезема и золы-уноса / А.И. Кудяков, Т.Н. Радина, М.Ю. Иванов // Проектирование и строительство в Сибири, 2006. - № 2. - С. 21-22.

2. Кудяков, А.И. Зернистый пористый материал из микрокремнезема / А.И. Кудяков, Н.А. Свергунова // Строительные материалы. - 2006. - № 6. - С. 86.

3. Кудяков, А.И. Зернистый теплоизоляционный материал на основе модифицированного жидкого стекла из микрокремнезема / А.И. Кудяков, Т.Н. Радина, М.Ю. Иванов // Строительные материалы. - 2004. - № 11. - С. 12.

4. Пат. 2257358. Российская Федерация. Сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала; опубл. 27.07.2005, Бюл. № 21. - 5 с.

5. Пат. 2264363. Российская Федерация. Сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала; опубл. 20.11.2005, Бюл. № 7. - 5 с.

A.I. KUDJAKOV, M.Yu. IVANOV

TECHNOLOGICAL FEATURES OF PRODUCTION PROCESSES OF GRANULAR HEAT-INSULATING MATERIAL ON THE BASIS OF MODIFIED LIQUID-GLASS COMPOSITION

The method of calculation and the results of researches of technological ways of obtaining the granular heat-insulating material on the basis of modified liquid-glass composition from micro-silica and wastes after timber processing are presented in the paper. The main parameters of quality of material: average density - 50-220 kg/m3 and heat conductivity

0,05-0,07 Watt/M°C are received.