无机非金属材料工厂设计概论资料
无机非金属材料工厂设计概论
《无机非金属材料工厂设计概论》课程简介课程编号：02024913课程名称：无机非金属材料工厂设计概论/Introduction to the design of inorganic non-metallic materials factory 学分:2.5学时：40 （实验：上机：课外实践：）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：第7学期开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料系课程负责人：樊传刚，张毅先修课程：混凝土工学概论，新型干法水泥生产及质量控制，无机材料制备技术考核方式与成绩评定标准：闭卷考试, 期末考试成绩70%，平时成绩30%教材与主要参考书目：教材：[1] 郑林义. 无机非金属材料工厂设计概论[M]. 安徽合肥: 合肥工业大学出版社, 2009.主要参考书目：[1] 郑昌琼, 冉均国. 新型无机材料[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000.[2] 于景坤, 姜茂发. 耐火材料性能测定与评价[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2001.[3] 王诚训, 王钰. 耐火材料技术与应用[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2000.[5] 吴建锋.无机非金属材料工厂设计概论[M]. 湖北武汉: 武汉理工大学出版社, 2013.[6] 金容容. 水泥厂工艺设计概论[M]. 湖北武汉: 武汉工业大学出版社, 1999.内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的专业方向选修课，是为对耐火材料、水泥厂、陶瓷工厂工艺设计方向感兴趣的学生所开设。
本课程是一门实践性、综合性很强的课程，通过本课程的学习，了解耐火材料、水泥厂工艺设计的基本内容和步骤，掌握工厂设计的基本方法，培养工厂设计的实际能力，为将来从事耐火材料和水泥生产及工艺设计打下基础。
This course is the specialized optional course of inorganic non-metallic materials specialty,the object of this project is opening for the students who are interested in the learning of refractory materials, cement plants, ceramic factories. This course is a practical and comprehensive course, from the study of this course, to understand the basic contents and steps of the design of the technology of refractory materials and cement plants, master the basic methods of plant design, cultivate the practical ability of plant design, to lay the foundation for the future of refractory materials and cement production and process design.1《无机非金属材料工厂设计概论》教学大纲课程编号：02024913课程名称：无机非金属材料工厂设计概论/Introduction to the design of inorganicnon-metallic materials factory学分:2.5学时：40 （实验：上机：课外实践：）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：第7学期开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料系课程负责人：张毅先修课程：混凝土工学概论，新型干法水泥生产及质量控制，无机材料制备技术一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业本科生的专业方向选修课，是为对耐火材料、水泥厂、陶瓷工厂工艺设计方向感兴趣的学生所开设。
无机非金属材料制品厂工艺设计概论
无机非金属材料制品厂工艺设计概论无机非金属材料制品厂是以无机非金属材料为原料，经过工艺设计和制造加工而成的产品的生产场所。
无机非金属材料制品广泛应用于建筑、化工、电子、冶金、航空等领域，对于现代产业的发展起到了重要的推动作用。
本文将从工艺设计的概念、工艺设计的原则和具体应用等方面进行介绍。
一、工艺设计的概念工艺设计是指根据产品的性能要求和生产规模等因素，通过合理地确定原料的配方、工艺流程、设备选型、工艺控制等关键技术要求，从而保证产品的质量、成本和生产效率的一项工作。
工艺设计直接影响着产品的质量、成本和生产效率，对于产品制造过程的稳定性和可控性起到重要的作用。
二、工艺设计的原则1.适应产品要求：工艺设计应根据产品的性能要求，确定适合的原料配方和工艺流程，以满足产品性能的要求。
2.可行性和经济性：工艺设计要考虑原料的可获得性、加工设备的可靠性、生产过程的稳定性和成本的控制等因素，保证工艺的可行性和经济性。
3.可控性和稳定性：工艺设计要有一套科学合理的工艺控制方法，以保证产品质量的稳定性和可控性，并对工艺参数进行精确测量和调整，提高工艺过程的稳定性和可控性。
4.技术先进性：工艺设计应采用先进的技术手段和设备，提高生产效率和产品质量，并注重工艺流程的创新和改进。
三、工艺设计的具体应用无机非金属材料制品厂的工艺设计主要包括原料配方的确定、工艺流程的制定、设备选型和工艺控制等方面的工作。
1.原料配方的确定：工艺设计根据产品的性能要求，选择合适的原料，并确定其配比和性能参数，以保证产品的质量和性能。
2.工艺流程的制定：工艺设计应根据产品的生产规模和设备状况，确定合理的工艺流程，包括原料的处理、配料、混合、成型、烧结等工艺环节，以保证产品的制造过程的稳定性和可控性。
3.设备选型：工艺设计需要选择适合产品制造过程要求的设备，包括原料处理设备、混合设备、成型设备和烧结设备等，以提高生产效率和产品质量。
4.工艺控制：工艺设计需要制定科学合理的工艺控制方法，包括温度、压力、速度、时间等工艺参数的测量和调整，以保证产品制造过程的稳定性和可控性，并提高产品的质量和成本控制。
无机非金属材料工厂设计概论
无机非金属材料工厂设计概论1. 引言说到无机非金属材料，咱们常常会觉得它们离我们很远，似乎是个高大上的词汇，跟我们平常的生活没啥关系。
其实，真相恰恰相反！这些材料可是咱们生活中无处不在的“小伙伴”。
从建筑的水泥到陶瓷的餐具，再到电器的绝缘材料，它们每天都在默默地为我们的生活添砖加瓦。
今天呢，我就带大家聊聊无机非金属材料工厂设计的那些事儿，保证你听完后能一拍大腿，恍然大悟！2. 无机非金属材料的魅力2.1 材料的分类首先，咱们得搞清楚这些材料到底有哪些。
无机非金属材料其实就是不含金属元素的材料，分为几大类，比如陶瓷、玻璃、混凝土等等。
每一类材料都有自己的特点，像陶瓷那样耐高温、耐磨，玻璃则透光性好，混凝土坚固耐用，简直是“百搭”之选。
你说，日常生活中能没它们的影子吗？2.2 应用的广泛性说到应用，那真是太广泛了！想象一下，没有陶瓷的杯子，咱们喝水得多麻烦？没有混凝土的建筑，那我们可就得在大风大浪中寻求庇护了。
而且，最近无机非金属材料还被用到了新兴的科技领域，像太阳能电池、光纤材料等，真是步步高升，让人眼前一亮。
3. 工厂设计的重要性3.1 功能布局说完了材料的本事，咱们来聊聊工厂设计。
一个好的工厂设计就像一位优秀的指挥家，能让各个乐器和谐地奏出美妙的交响曲。
工厂的功能布局非常关键，得确保原材料的存放、生产线的流畅，以及产品的存储等各个环节都能高效运转。
想象一下，如果你把原材料放在了一边，成品却在另一边，那简直是“东边日出西边雨”，效率肯定低得吓人。
3.2 环境与安全当然，工厂的环境与安全也得放在首位。
无机非金属材料在生产过程中会产生一些粉尘和废气，咱们可不能让这些对环境造成影响。
要是工厂设计得好，通风系统到位，那可真是“春风得意马蹄疾”，生产安全又环保，大家都开心。
4. 现代工厂设计的趋势4.1 智能化再说说现代工厂设计的趋势。
现在可是“智能化”大行其道，咱们的工厂也不能落后。
利用自动化设备、智能控制系统，不仅提高了生产效率，还能减少人工成本，真是一举两得。
无机非金属工厂设计概论
无机非金属工厂设计概论绪论1.工程设计的特点①工程设计是一项目的性和针对性较强的工作。
其基本目的就是使工厂达产达标。
②工程设计是一项重经验和重依据的工作。
把可靠性和安全性放在首位。
③工程设计追求整体的最优效果。
④工程设计主要问题的解决往往要进行方案比选。
⑤工程设计过程从总体来说一般是比较复杂的。
⑥工程设计过程有其自身的一般规律。
第一章1．基本建设程序的概念是指基本建设项目从立项到决策，经过设计、施工、试生产、竣工验收知道后评价的全部过程及其先后顺序。
2．基本建设程序的三个阶段、七个步骤、十二项内容。
3．项目建议书是项目拟建单位或业主根据各种方针政策和规划结合资源情况提出的基本建设项目立项建议，不是项目的最终决策文件。
4．项目建议书表达的是对建设项目的轮廓设想和投资意愿，用来分析和说明拟建项目建设的必要性。
条件的可行性、获利的可能性，并以论述建设的必要性为主。
5．项目建议书对于财政直接投资的项目是必须要编制的，而且应经过有关部门审核标准。
对于社会投资项目则由投资人决定是否编制项目建议书，项目建议书不是向政府提交项目申请报告的必须文件。
6．新开工报告：对新开工项目而言，包括本年度新开工的新建项目和本年度开始扩建或恢复建设的项目，不包括往年已经开始而未完工在本年度继续施工的项目。
7．后评价：是对已建成投产的基本建设项目从立项决策、设计施工到竣工投产、生产运营全过程的评价，可作为同类型项目立项决策和建设的参考依据。
第二章1．建设前期工作的主要内容就是编制项目建议书和可行性研究报告，目的就是进行项目的立项及审批。
2．可行性研究主要是论证建设的必要性、技术上的可行性和经济方面的合理性。
3．可行性研究报告在项目建议书获得批准后编制，大型项目的可行性研究必须委托给有工程咨询资质的单位编制。
可行性研究报告经批准后，不得随意修改变更。
如确实需要修改，需经原审批机关同意重新审批。
4．有了批准的项目建议书，才能编制可行性研究报告；有了批准的可行性研究报告，才能编制设计任务书；有了批准的设计任务书〔或可行性研究报告〕，才能进行初步设计。
无机非金属材料工厂工艺设计概论
无机非金属材料工厂工艺设计概论1. 引言无机非金属材料工厂是生产无机非金属材料的专门工厂。
本文将介绍无机非金属材料工厂的工艺设计概论，包括工厂的布局设计、生产过程流程以及设备选择和优化等内容。
2. 工厂布局设计无机非金属材料工厂的布局设计是工艺设计的重要一环。
合理的布局设计可以提高生产效率，减少生产成本，并保证工人的安全和舒适。
一般来说，无机非金属材料工厂的布局可以分为以下几个区域：2.1 原料储存区原料储存区是用来储存原料的地方。
根据原料的性质和数量，可以设计合适的储存设备和储存方式，如仓库、罐区等。
2.2 生产区生产区是进行材料生产过程的地方。
根据生产工艺的不同，可以设计不同的生产线，并将其合理布置在生产区内。
同时，为了提高工作效率，生产区还可以设置一些辅助设备，如搬运设备、输送设备等。
2.3 产品储存区产品储存区是用来储存成品的地方。
根据产品的特性和数量，可以设计合适的储存设备和储存方式，如仓库、罐区等。
2.4 办公区和生活区办公区和生活区是用来供工厂管理人员和工人办公和生活的地方。
办公区可以设置办公室、会议室等设施；生活区可以设置食堂、宿舍等设施。
3. 生产过程流程无机非金属材料的生产过程一般包括以下几个步骤：原料处理、成品制备、成品加工等。
3.1 原料处理原料处理是将进入工厂的原料进行预处理的过程。
预处理主要包括清洗、破碎、筛分等操作，以提高原料的质量和适应后续的生产工艺。
3.2 成品制备成品制备是将原料经过一系列化学或物理变化，获得最终成品的过程。
成品制备的具体工艺流程根据不同的无机非金属材料而不同，可以包括烧结、熔融、晶体生长等工艺步骤。
3.3 成品加工成品加工是对成品进行进一步加工和改良的过程。
成品加工可以通过研磨、切割、涂层等操作，获得符合特定需求的产品。
4. 设备选择和优化在无机非金属材料工厂的工艺设计中，设备选择和优化是非常重要的一环。
合理的设备选择可以提高生产效率，降低能耗，降低生产成本。
无机非金属材料工厂设计概论-03-02-3
旋风式选粉机的工艺特点
存在问题： 旋风式选粉机的分级结构与离心式选粉机相似，对 离心式选粉机所存在的主要缺陷（如分级力场不稳定、 机壁效应、存在局部涡流等）都未能消除。分级性能 的改善有限。
旋风式选粉机已有洪堡—维达格公司生产的洪堡—维达格型、 维达格公司生产的维达格型及日本通过技术合作生产的川绮一 维达格型等三种。SKET／ZAB公司制造的外通风式选粉机把可 调空气选粉机及选粉与细粉沉降过程分开进行的原理结合在一 个机组中，其性能与旋风式选粉机相同。目前使用的各种旋风 式选粉机都是在它们的基础上研究发展起来的。
3.2 旋风式选粉机的工艺特点
1）转子转速与系统的循环风量可分别调节，既易于调节产品 细度，也扩大了细度的调节范围。 水泥产品的比表面积可调范围为2500-7000cm2/g。 2）采用小直径的旋风收尘器收集细粉，提高了细粉的收集效 率，减少了细粉的循环量，选粉效率提高，处理风量增加。其 收集效率可达90%，而离心式选粉机的收集效率仅为50%。 3）在相同的选粉能力下，旋风式选粉机的机体直径较离心式 选粉机小，分级室单位截面积的处理物料量比离心式选粉机高 2~2.5倍。 4）风叶磨损小、运转平稳、调整灵活方便、适应于产品的冷 却和烘干等。 旋风式选粉机的选粉能力已可达500 t/h，得到日益广泛的 应用。
离心式选粉机存在问题的分析
1）选粉机无明确的分级界面和稳定的分级力场，分级精度低。 离心式选粉机内颗粒的受力情况： 重力Fg：大小与颗粒质量成正比； 离心力Fe ： 大小随颗粒所处位臵不同而变化； 气体阻力Fd ： 方向与大小均随所处位臵不同而变化。 分级区内截面形状变化较大，致使各截面的气流速度的大小与方向 变化较大，分级气流不能形成稳定、均齐的分级力场。 分级区内同一粒径大小的颗粒因所处位臵不同而受到大小与方向都 不同的合力。 由上而下的分级气流在分级区上部盖风板处，因突然变向形成一死 角，在死角内形成局部涡流，干扰分级区的流场； 机壁效应的存在，也影响细粉的分离，使部分细粉与粗粉一起碰到 内壁而沉降。
无机非金属材料工厂设计概论-02
工艺设计中需要高度重视的事项：
工艺设计的一些重大原则：生产方法的确定； 主要生产设备（如水泥厂窑、磨、破碎机、烘 干机、包装机等）的型式、规格、台数的选 择；各生产车间的流程、工艺布臵及其在总 平面图上恰当的位臵等。 设计中的一些具体问题：如传动设备的选定、 设备之间互相衔接的溜管、溜槽的角度、加 工制作、安装等。 这些一般在初步设计阶段予以解决，而一些具 体细节的处理，则在施工图设计阶段处理。
初步设计的步骤
2）选择生产工艺流程及主机设备；
3）确定主要工艺参数、定额指标及车间工作制度； 4）物料平衡计算、设备选型及计算、储库平衡计算；
5）绘制全厂生产车间总平面轮廓图、工厂总平面资 料图；
全厂生产车间总平面轮廓图(方块图)，主要表示各车间的 相对位臵，是总图专业人员进行工厂总平面布臵图设计的主要 依据。
物料平衡计算的基础资料 1、 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 2 、原燃材料消耗定额的计算 3 、原燃料的需要量与物料平衡表的编制
2012年底前，淘汰窑径3.0米以下水泥机械化立窑生产线、 窑径2.5米以下水泥干法中空窑(生产高铝水泥的除 外)、 水泥湿法窑生产线(主要用于处理污泥、电石渣等的除外)、 直径3.0米以下的水泥磨机(生产特种水泥的除外)以及水泥 土(蛋)窑、普通立窑等落后水泥产能。
一、 水泥厂物料平衡计算
以窑的熟料产量作为物料平衡的计算基准 1）年平衡法：工厂规模以水泥年产量表示， 取熟料年产量为基准； 2）周平衡法：工厂规模以熟料日产量表示， 取熟料周产量为基准。 生料各组分配合比，由配料计算确定；
物料平衡计算的基础资料
无机非金属材料工厂设计概论-第三章
无机非金属材料工厂工艺设计概论
物料平衡计算的作用：
1．计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理 的物料量，作为确定车间生产任务、设备选型 及人员编制的依据。 2．计算各种原料、辅助材料及燃料需要量作为 总图设计中确定运输量、运输设备和计算各种 堆场、料仓面积的依据。 3．计算水、电和劳动力的需要量，确定原材料、 燃料等的单位消耗指标，作为公用设计和计算 产品成本等的依据。
将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能 力，可求出各种物料的需要量。例如，将湿石 灰百消耗定额乘以熟料周产量便得出湿石灰石 每周需要量；乘以熟料年产量便得出湿石灰石 每年需要量。 将计算结果汇总成物料平衡表，其格式如 表3—2所示（p60）。
湖南科技大学化学化工学院
无机非金属材料工厂工艺设计概论
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无机非金属材料工厂工艺设计概论
4. 水泥厂配料计算实例
原料与煤灰的化学成份
名称 烧失量 SiO2
2.42 70.25 34.42
表4－10
CaO
53.13 1.47 3.53
Al2O3
0.31 14.72 11.53
Fe2O3
0.19 5.48 48.27
MgO
0.57 0.92 0.09
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无机非金属材料工厂工艺设计概论
2．原、燃材料消耗定额的计算
1）原料消耗定额: （1）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消 耗量:
KT
100s 100 I
式中 KT——干生料理论消耗量(t/t熟料)； I ———干生料的烧失量(%)； s ——煤灰掺如量，以熟料百分数表示(%)。
式中 Kf1——烧成用干煤消耗定额（t/t熟料); q ——熟料烧成熟耗(kJ/kg熟料); Q ——干煤低位热值(kJ/kg干煤); Pf——煤的生产损失，一般取3%。
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WG A1A2Wi
φ 粉磨功率系数
10( 1 - 1 )
P80
F80
2）烘干仓所需功率Hd (kW)
考虑因素： 烘干仓内原料量Fd(t) 烘干仓有效内径Ded(m) 烘干仓动力系数fd，一般取34.128 MJ/m1/2·t
Hd = FdDed1/2fd
1.3 磨机产量Q (t/h)
考虑因素： 磨机单位能耗产量：q (t/ kW·h) 流程系数：η (开路系统取1，闭路1.15~1.5)
4.2 辊式磨系统气体量和热工计算
I 输入热量：
入磨热风、研磨产生 的热量、系统漏风、 湿物料、循环风
II 输出热量：
蒸发的水分、出磨废 气、出磨物料、设备 散热、其它热损失
磨机系数： K （e.g. ATOX 63.9，LM 87.8，MPS 52.7（Dm>3450mm））
N KD 2.5
2.2 辊式磨的产量QR(t/h)
磨机常数（与磨机的转速、辊压、辊子数等 有关） ： KQ
磨盘直径（m） ： D
QR KQD2.5
3 辊压机的计算
3.1 生产能力 3.2 辊压机功率
参数： 磨机有效内经Di （m）； 磨机有效容积 V
（m3）； 磨机转速 n （r/min）； 磨机填充率φ
磨机需要的功率N0 (kW) N0 0.184D iVn (6.16 - 5.75)
考虑磨机填充率
磨机电机功率N (kW): N = k N0 (kW)
k-与磨机型式有关的系数
1.2 烘干磨磨机计算
Hale Waihona Puke 2.1 辊式磨功率磨机需要功率N0
磨机的动力系数：K1 磨辊数：i 每个磨辊上的投影压力： P2 （kN/m2） 作用角：α 磨盘直径： D （m）
N0 K1iP2sinD2.5
辊式磨计算
磨机功率N
磨机功率备用系数： K2 （1.15~1.20）
N K1K 2iP2sinD2.5
对于同一型号磨机
磨机所需功率(kW) ：
粉磨仓所需功率HG + 烘干仓所需功率Hd
粉磨仓所需功率HG + 烘干仓所需功率Hd
1）粉磨仓所需功率HG(kW)
HG：粉磨物料量F(t/h)、粉磨单位动力消耗WG (kW·h/t)、 原料变动系数η
HG = FWGη 影响粉磨单位动力消耗WG 的因素：产品80%通过的筛孔 P80 （μm）；入磨物料80%通过的筛孔F80 （μm）； 微粉 补正系数A1 ；过大原料补正系数A2 ； 试验室Bond法测得 的易磨性指数Wi （kW·h/t）；原料的变动系数η~1.05
1.1.1 考虑研磨体装载量
参数：磨机有效容积V (m3)；磨机有效内径D (m) 磨机转速n (r/min)；研磨体装载量G (t)
1）磨机需要的功率N0(kW) i N0 = 0.22VDn(G/V)0.8 (kW) ii N0 = 0.735cGD1/2 (kW)
c - 与研磨体及装填量有关的系数
1.1 磨机功率经验公式
磨机需要的功率N0(kW)：决定于磨机结构、转 速以及研磨体装载量。
1.1.1 计算依据：磨机有效容积V(m3)；磨机有 效内径D(m)；磨机转速n(r/min)；研磨体装载 量G(t)
1.1.2 计算依据： 磨机有效内经Di（m）； 磨 机有效容积 V （m3）；磨机转速 n （r/min）； 磨机填充率φ
VQ DBv
Ni (1.15 ~ 1.20) 2PT VQ
4、烘干磨的热工计算
4.1 管磨系统气体量和热工计算 4.2 辊式磨系统热工计算 4.3 收尘系统选型计算 4.4 系统排风机选型计算 4.5 其它配套计算
基本条件
热平衡计算基准：物料基准为磨机1h产量 ，温度基准 为0℃；
§3.3 物料粉磨
典型生料粉 磨工艺流程
煤磨系统工艺流程
水泥粉磨
辊压机用于水 泥粉磨的五种 粉磨流程
四、磨机计算
1、 传统磨机计算 2、 辊式磨计算 3、 辊压机计算 4、 烘干磨的热工计算
1、传统磨机计算
1.1 磨机功率经验公式 1.2 烘干磨磨机计算 1.3 磨机产量 1.4 磨机通风量
GR 3600Bev s
3.2 辊压机的功率Ni（kW）
与被挤压物料品种、工艺流程有关
辊压机作用力的作用角：β（一般为0.046~0.052rad， 辊子直径大时取大值，辊子直径小则取小值） 辊压机的最大投影压力： PT （一般7000~9000kN/m2） 辊压机辊子的直径(m) ： D
辊压机的规格潜能(m3/s)： VQ
3.1 辊压机的生产能力
单位时间内辊压机系统生产的产品量，辊压 机的处理能力应考虑循环负荷的物料通过量。 辊压机的通过量（t/h）： GR 辊子宽度（m）： B 辊子工作间隙（ m）： e 辊子的圆周速度（周边线速度, m/s ）： v 产品（料饼）密度（t/m3）： ρs（一般取 生料2.3 t/m3、熟料2.5 t/m3）
2）磨机电机功率N (kW)
(i) 考虑粉磨方式、磨机结构、传动效率相关系数: k1
电机储备系数： k2 （1.0~1.1）
N = k1 k2N0 (kW)
( ii ) 考虑机械传动系数η (0.92~0.94) k-电机储备系数(1.09~1.10)
N
1 η
N0k
(kW)
1.1.2 考虑磨机填充率
平衡范围：磨机进出口界限；
关键：合理地确定漏风量和出磨气体温度。
系统漏风量：过大时，烘干效果差，浪费热量，而且增 加系统排风量和阻力，浪费电能。当系统漏风严重时， 甚至使热风不能进入磨内，以致物料不能烘干，因此系 统的锁风密闭非常重要。
出磨气体温度：太低，烘干能力不足，出磨物料水分太 大，磨内容易出现糊球、堵塞等现象，而且会造成收尘 器内结露等问题；如出磨气体温度太高，则浪费热量， 一般控制在90~100℃左右。
Q = N0qη (t/h)
1.4 磨机通风量V(m3/h)
考虑因素： 磨内风速：w (m/s) 磨机有效内径：D (m) 钢球填充率：φ
V = 1/4πD2 (1-φ) × w×3600 (m3/h) = 2826 D2w(1-φ) (m3/h)
2 辊式磨计算
2.1 辊式磨功率 2.2 产量