Смекни!
smekni.com

Щелочные способы получения глинозема (стр. 4 из 5)

Конечная влажность шихты.

W11 = 0.

Напряжённость рабочего пространства сушильной зоны – w =0.08т/м3 * час.

Площадь поперечного сечения рабочего пространства, м2.

F = 3.14 * R2 = 12.19

L(исп) = (51.56* 0.38)/(0.08* 12.19) = 20.1 м.

8.2.Длина зоны подогрева.

L(под.) = Gг*Qп/[(qл + qк )* lx + qл1*lд],

Gш – производительность зоны, т/ час;

Qп – расход тепла на подогрев шихты до 700 0С;

Lx, lд – ширина слоя шихты (хорда) и контактная поверхность (длина дуги);

8.2.1.Теплопотребление Qп рассчитываем по статьям:

Нагрев шихты до 700 0С.

q(700) = С(700)* mш* Dt,

mш – масса шихты = итого – mН2О

mш = 7789.5 – 2987.6 = 4801.9 кг,

С(700) – теплоёмкость шихты при 7000 С = 0.96 КДж / кг* К,

q(700) = 0.96* 4801.9* (750 – 150 )= 2765894 КДж.

8.2.2. Затраты тепла на химические реакции протекающие в этой зоне.

В этой зоне протекают реакции (1), (3).

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O – 2580 КДж (1);

2580 – тепловой эффект реакции.

Al2O3*2SiO2*2H2O = Al2O3*2SiO2 + 2H2O – 934 КДж (3);

934 – тепловой эффект.

Гидроокись алюминия в количестве 1395.18 кг разлагается полностью. Теплопотребление реакции (1) составит:

q = 1395.18* 2580 = 3599564 КДж.

Каолинит в количестве 498.28 кг разлагается полностью. Теплопотребление реакции (3) составит:

q = 498.28* 934 = 465393.52 КДж.

8.2.3. Нагрев влаги выделившейся при реакциях (1) и (3) при нагреве до 750 0С.

qн = m1p* (M1pH2O/ M1p)*(22.4/18)* CH2O* (750 – t1p) +

+ m3p* (M3pH2O/ M3p)*(22.4/18)* CH2O* (750 – t3p);

где m1pи m3p – расход гиббсита и каолинита;

M1pH2O и M3pH2O – молекулярные массы гиббсита и каолинита;

t1pи t3p – температуры соответствующих реакций;

qн = (1395/18* 54* 22.4* 1.57* 200)/(102* 18) +

+ (498.28* 36* 22.4* 1.57* 300)/(258* 18) = 284546.5 КДж.

Qп = q(700) + q1p + q3p + qн = 7115398.02 КДж.

8.2.4. Определение lx и lд.

Данные величины определяются с помощью отношения Fc/R2и математической таблицы.

Площадь сегмента Fc =(3.14* Д2)*j/4, где j - коэффициент заполнения;

j = 6.8 %.

Fc = (3.14* 3.942* 0.068)/4 = 0.83 м2.

Fc/R2 = 0.83* 4/3.942 = 0.21, отсюда a0 = 82,5 0, lx/R = 1.318;

lx = 1.318* R = 2.6 м;

lд = 3.14* Д*a0/360 = 3.14* 3.94* 82.5/360 = 2.84 м.

8.2.5. Расчёт тепловых потоков.

qл = Cгкм* [(Tг/100)4 – (Tш/100)4], КДж/(м2* час);

qл1 = Cкм* [(Tг/100)4 – (Tш/100)4], КДж/(м2* час);

qk = 9*w0*(tг – tш), КДж/ (м2* час); где,

Сгкм = 13.82; Скм = 12.56, КДж/(м2* час* К4).

Тг = tг + 273 = (1250 + 750)/2 + 273 = 1273 К;

Тш= tш + 273 = (150 + 700)/2 + 273 = 698 К;

Тк = (Тг + Тш)/2 = (1273 + 698)/2 = 986 К;

w0 – средняя по сечению скорость газов

w0 = V0/(F – Fc) = 18.58/(12.19 – 0.83) = 1.64 м/с;

qл = 13.82* [(1273/100)4 – (698/100)4] = 330039.7 КДж/м2*час;

qл1 = 12.56*[(986/100)4 – (698/100)4] = 88902.8 КДж/м2*час;

qк = 37.68* 1.64* [1000 – 425] = 35533.4 КДж/м2*час.

L(под) = 6.62* 7115398/[(330039.7 +35522.4)*2.6 + 88902.8*2.84] = 39.16 м.

8.3.Длина зоны кальцинации (рассчитывается так же, как зона подогрева).

8.3.1. Затраты тепла на нагрев материалов (спека).

Спек нагреваем в интервале температур от 700 до 1000 0С.

Сспека = 0.88 КДж/кг* К, 3747 – количество спека, кг;

q1000 = 0.88* 3747*(1000 – 700) = 989208 Кдж;

8.3.2. Затраты тепла на химические реакции.

Na2CO3 + Al2O3 = Na2O*Al2O3 + CO2 – 791 КДж; (4)

Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O*Fe2O3 + CO2 – 647 КДж; (5)

CaCO3 = СaO +CO2 – 1780 КДж; (8)

Сода взаимодействует с 1286.3 Al2O3 (4) при этом связывается Na2O в количестве,

1286* 62/102 = 781.87 кг, где

62 и 102 – молекулярные веса Na2O и Al2O3соответственно.

В результате получилось 2068.169 кг Na2O*Al2O3.

Теплопотребление реакции (4) равно:

q4p = 2068.169* 791 = 1635921.7 КДж.

Сода взаимодействует с 512.9 Fe2O3 (5) при этом связывается Na2O в количестве,

519.9* 62/160 = 198.75 кг,

где 62 и 160 – молекулярные веса Na2O и Fe2O3соответственно.

В результате получилось 711.65 кг Na2O*Fe2O3.

Теплопотребление реакции (5) равно:

q5p = 711.65* 647 = 46043.6 КДж.

По реакции (8) получаем 399.14 CaO, тогда теплопотребление равно;

q8p = 399.14* 1780 = 710496.2 КДж.

Проверка по материальному балансу Табл.4.

В реакциях (4) и (5) количество Na2O равно:

198.75 + 781.87 = 980.62 кг.

По таблице 4 количество Na2O равно 980.77 кг.

Отклонение составляет 0.015 % - это значит, что другие реакции протекать не будут.

8.3.3. Затраты тепла на нагрев газов.

Нагреваем CO2 от температуры разложения до 1250 0С;

Температура разложения известняка 910 0С;

Масса CO2, выделившегося по реакции (8), равна 367.68 кг;

Теплоёмкость CO2равна 1.31 КДж/кг* К.

qг = 1.31* 367.68* (1250 – 910) = 163764.7 КДж.

Общее теплопотребление данной зоны равно:

Qк = q1000 + q4p +q5p + q8p + qг

Qk = 989208 + 1635921.7 + 460437.6 + 710469.2 + 163764.7 = 3959801.2 КДж.

8.3.4. Определяем длину хорды и дуги.

Площадь сегмента Fc = 3.14* 3.942* 0.059/4 = 0.719 м2, где

j = 5.9 %.

Fc/R2 = 0.719/1.972 = 0.1853; a = 77.5 0.

lx =2* 1.97* sin(77.50/2) = 2.466 м.

lд = 3.14* 3.94* 77.5/360 = 2.665 м.

Сгкм = 14.24 КДж/м2* час* К4; Скм = 12.56 КДж/м2* час* К4;

Тг = tг + 273 = (1400 + 1250)/2 + 273 = 1598 К;

Тш = (700 + 1000)/2 + 273 = 1123 К;

Тк =(1598 + 1123)/2 +273 = 1360 К;

Средняя скорость движения газов:

w0 = 18.58/(12.19 –0.719) = 1.62 м/с.

Тепловые потоки равны:

qл = 14.24* [(1598/100)4 – (1123/100)4] = 702095.66 КДж/м2* час;

qл1 = 12.56* [(1360/100)4 – (1123/100)4] = 229920.07 КДж/м2* час;

qк = 37.68* 1.62* (1325 – 850) = 28995.68 КДж/м2* час.

Длина зоны кальцинации равна:

L(кальц.) = 6.62*3959801.2/[(702095.66+6925.5)*2.466+229920.07* 2.665]= 11.10 м.

8.4.Протяженность зон спекания и охлаждения.

L = Wм* t,

где Wм – скорость движения материала, м/час;

t – необходимое время пребывания в печи.

Принимаем tcпекания = 0.4 час; tохл = 0.25 час.

Wм = 1.88* Д*i*n/Sin(b), где

i – осевой наклон i = 2.0 – 3.0 %. Принимаем 2.5 %;

n – частота вращения печи n = 0.75 – 1.5 об/мин. Принимаем n = 1 об/мин;

b - угол естественного наклона. Sin(b) = 0.75 – 0.85 для спекания;

Sin(b) = 0.7 – 0.75 для охлаждения.

Wмсп = 1.88* 3.94* 2.5* 1.0/0.8 = 23.15 м/час;

Wмох = 1.88* 3.94* 2.5* 1.0/0.72 = 25.719 м/час.

L(спек) = 0.4* 23.1475 = 9.26 м.

L(охл) = 0.25* 25.719 = 6.43 м.

Общая длина печи.

L = 20.1 + 39.16 + 11.1 + 9.26 + 6.43 = 86.05, примем 86 м.

5.3. Тепловой баланс печи.

Статьи прихода тепла.

1.Тепло от сгорания топлива.

Qx = B* Qнр = В* 39639.2 КВт.

2. Физическое тепло воздуха нагретого до 300 0С.

Qв = La* Cв* tв*B = 12.424* 1.315* 300* В = 4901.268* В.

где, Св – средняя теплоёмкость воздуха в интервале температур 0 – 4000 С.

3. Физическое тепло шихты.

Qш = Сш* tш* mш,

где mш – масса шихты в кг на 1 т готового продукта;

Сш – средняя теплоёмкость шихты, КДж/кг* К;

tш - температура шихты = 500 С;

Qш = 0.96* 50* 7789.47 = 373894.56 КВт.

4. Тепло экзотермической реакции, протекающей в зоне спекания.

2*CaO + SiO2 = 2CaO*SiO2 + 676.2 КДж/ моль.

Взаимодействует 269.12 кг SiO2и 502.24 СaO получается 771.36 2СaO*SiO2и при этом выделяется тепло в размере;

Qэкз = mp* qp = 771.36* 676.2 = 521593.6 КВт.

Статьи расхода тепла.

1. Тепло уносимое спеком и пылью.

Qсп = 1000* Сш* tш; Qп = mп* Сп*tш, где

1000 – 1т готового продукта;

mп – выход пыли (20 % от общего), кг/т;

Сп, Сш – теплоёмкости продукта и пыли, КДж/кг*0С;

tш – температура продукта и пыли, 0С;

Qсп = 1000* 3746.8* 0.879 = 3297184 КВт.

Qп = 0.2* 7789.47* 200* 0.88 = 274189.3 КВт.

2. Тепло, расходуемое на испарение гидроскопической влаги.

Qисп = 2256.7* mвл = 2256.7* 2721.33 = 6141185.135 КВт.

3. Тепло эндотермических реакций.

Qэнд = q1p + q3p + q4p + q5p + q8p;

Qэнд = 3599564 + 465393.52 + 1635921.7 + 460437.6 + 710469.2 = 6871786.02 КВт.

4. Тепло, уносимое отходящими газами.

Qг = Vсумм* Сг* Tг, где

Vсумм – суммарный объём газов, м3/т;

Сг – средняя теплоёмкость газов равная 1.424 КДж/м3*град;

Тг – температура газов Тг = 200 0С.

Qг = (11.405* В+1016.34 + 2987.63)* 200* 1.424 = 3248.144* В + 1140330.656 КВт.

5. Потери в окружающую среду.

Qпот = [a*(tст – tокр)*Fп]/Gг, где

a = 50.24 – 67 КДж/м2*час*град;

Fп – площадь наружной поверхности;

tcт – температура наружной стенки 150 – 170 0С;

Gг – производительность по глинозёму, т/час;

Qпот = [58.6152* (160 – 20)* 3.14* 4.54* 86]/6.62 = 1520493.17 КВт.

Составим уравнение теплового баланса.

Сумма Qприх = Сумма Qрасх;

Qприх Qрасх
39639.2* В 3248.144* В
4901.268* В 1140330.656
373894.56 6871786.02
521593.6 6141185.135
3297184
274189.3
1520493.17

41292.324* В = 18349680.12; В = 444.38 м3/т.

Часовой расход топлива.

Вt = В*Gг = 444.38* 6.62 = 2941.8 м3/час.

Расход условного топлива.

b = Bt* Qнр/29307.6*G = 2941.8* 39639.2/(29307.6* 24.8) = 160.44 кг усл. топл./т.

Таблица 5.

Тепловой баланс.

Приход КДж/т % Расход КДж/т %
1. Qx 17614867.7 85.14 1. Qсп 3297184 15.94
2. Qв 2178025.47 10.53 2. Qп 274189.3 1.33
3. Qш 373894.56 1.81 3. Qисп 6141185.135 29.68
4. Qэкз 521593.6 2.52 4. Qэнд 6871786.02 33.22
5. Qг 2583740.89 12.49
6. Qпот 1520493.17 7.35
Невязка 197.185 0
Итого 20688381.33 100 Итого 20688578.52 100

Коэффициент полезного действия печи.