Проектирование отделения вакуумной сепарации титановой губки на базе АО "УК ТМК" (стр. 6 из 14)

62—100%х = 12,4 часов.

х—20%

- часовые тепловыделения при конденсации Mg и MgCl₂:

.

.

Суммарные тепловыделения в конденсатор из реактора:

Q = Q_Mg + Q_MgCl2 + Q_крыш .

Q = 166165 + 144276 + 209362 = 2021805 кДж.

Расчет водяного охлаждения оборотной реторты (конденсатора)

Охлаждение реторты – конденсатора во время процесса сепарации производится водой. Из практических данных известно, что температура воды после охлаждения порядка 70 °С. Начальная температура воды – 20 °С. Определяем количество воды, необходимое для охлаждения оборотной реторты:

где С - теплоемкость воды = 4,184 кДж/кг×с.

Теплоотдача при стекании жидкости по вертикальной поверхности:

,

где G - расход воды на охлаждение равен 2,68 ?

pd – периметр орошения, м

m - коэффициент динамической вязкости воды, при 20 °С m = 10^-3 н×с/м²

.

т. к. Re = 1957 < 2000, то давление можно считать ламинарным.

По упрощенной формуле толщина пленки воды:

,

гдеr - плотность воды при 20 °С = 0,998 × 10³ кг/м³.

Критерий Прандтля для воды при 20 °С равен 7,02.

гдеH - высота с которой стекает пленка воды.

Критерий Галия:.

Критерий Нуссельта: Nu = 0,67 ×(Ga² × P² × Re)^1/9 ,

Nu = 0,67 × [(87,93 × 10¹²)² × 7,02³ × 19,57] = 3792.

Коэффициент теплоотдачи для пленочного течения определяется из уравнения:

,

где l - теплопроводность воды, при 20 °С = 10^-2Вт/м×ч.

Определим необходимую поверхность орошения водой:

Действительная поверхность орошения реторты конденсатора:

Таким образом, поверхности орошения и количества воды вполне достаточно для отвода выделяющегося тепла и конденсации всего количества MgCl₂.

Тепловой расчет печи сепарации

Потери тепла в стационарном режиме.

Исходные данные: t_п – рабочая температура печи – 1020 °С; t_в - температура окружающей среды – 20 °С; d₁ – толщина шамота легковеса ШЛБ – 10 – 0,12 м; a_коэффициент теплопроводности шамота 2,5 кДж/м² × ч × °С; d₂ - толщина пенодиатомита ПД – 350 – 0,38 м; a_коэффициент теплопроводности пенодиатомита – 0,62 кДж/м²×ч×°С; d₃ - толщина металлического кожуха – 0,02 м; a_коэффициент теплопроводности стали – 185,3 кДж/м²×ч×°С.

Определим площади слоев кладки футеровки и кожуха: F = p dcp ×H .

Средняя поверхность слоя шамота: F₁ = 3,14 × 2,0 ×4,85 = 30,46м² .

Средняя поверхность слоя пенодиатомита: F₂ = 3,14 × 2,46 × 4,99 = 38,55м².

Наружная поверхность кожуха: F₃ = 3,14 × 2,50 × 5,04 = 40 м².

Определим температуру наружной поверхности кожуха печи. Для этого задаемся температурами наружной стенки печи 50, 70, 90°С. Определим коэффициент теплопередачи для этих температур:

.

.

- потери тепла в окружающую среду при заданных температурах:

.

Потери тепла теплопроводностью: Q_т = F × k × (t_вн.ст – t_н.ст),

где

.

.

.

.

.

Температура наружной стенки печи сепарации равна 58 °С. Определяем коэффициент потерь тепла конвекцией и излучением:

где t_cт - температура наружной стенки печи сепарации; t_в - температура окружающей среды.

.

.

Суммарный коэффициент тепловых потерь составит:

.

- потери тепла через боковую поверхность кожуха печи сепарации:

.

.

Потери через низ печи.

Исходные данные: d₁ – толщина шамота легковеса ШЛБ – 1 – 0,2 м; d₁ - толщина пенодиатомита ПД – 350 – 0,6 м; d₃ - толщина металлического кожуха - 0,02 м; λ - коэффициент теплопроводности шамота – 2,5 кДж/м2.ч.⁰С; λ ₂ - коэффициент теплопроводности пенодиатомита – 0,62 кДж/м2.ч.⁰С; λ ₃ - коэффициент теплопроводности стали – 185,3 кДж/м2.ч.⁰С.

- поверхность слоев футеровки и кожуха:

.

.

.

где d - средний диаметр слоев футеровки и кожуха;

- температура наружной поверхности низа печи.

Задаемся температурами наружной стенки 60, 70, 80 °С. Для поверхностей, обращенных вниз.

.

кДж/м²× ч × °С .

кДж/м²× ч × °С .

кДж/м²× ч × °С .

- потери тепла конвенцией и излучением:

.

- потери теплопроводностью:

,

где k - коэффициент теплопроводности

.

.

.

.

Определяем коэффициент потерь тепла конвенцией и излучением.

- потери тепла нижней поверхностью печи:

.

.

- потери тепла печью сепарации:

- тепло, необходимое на нагрев всей футеровки печи от 20 °С до 1020 °С.

- тепло на нагрев шамота: Q₁ = G₁×C₂×(t₁-t₂) ,

гдеG₁ – вес шамота – 1150 кг (по данным практики);

С₁ - удельная теплоемкость шамота – 1,04 кДж/кг °С.

.

- тепло на нагрев пенодиатомита:

,

где G₂ – вес пенодиатомита – 1300 кг (по данным практики);

С₂ - удельная теплоемкость пенодиатомита – 0,96 кДж/кг °С.

.