Щелочные способы получения глинозема (стр. 3 из 5)
3. – шамотоотделитель;
4. – вертикальная шахта для загрузки глинозёма;
5. – футеровка;
6. – камера холодильника;
7. – перегородки;
8. – водоохлаждаемые змеевики.
4. Расчёт горения топлива.
Исходные данные для расчёта горения топлива представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Состав мазута, %
| CP | HP | OP | NP | SP | AP | WP | GH2O |
| 85.5 | 10.3 | 0.2 | 0.4 | 0.5 | 0.2 | 2.9 | 13.2 |
Принимаем коэффициент расхода воздуха 1.2, а величина химического недожога 2 % при влажности мазута 13.2 %.
Расход кислорода на горение топлива:
V0= 0.01[ 1.865*Cp +5.6*Hp + 0.7(Sp +Op)] = 0.01[159.63 + 57.68 + 0.21] = 2.175 м3/кг
Теоретический расход воздуха на горение:
L0 = (1+K)*V0 = 4.76 * 2.175 = 10.353 м3/кг
Действительный расход воздуха на горение:
Lальфа = 1.2 * L0 = 12.424 м3/кг
Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания:
VH2O = 0.01*[ 11.2*Hp + 1.244*Wp] = 0.01[ 115.36 +1.244 * 2.9 ] =1.19 м3/кг
VRO2 = 0.01*[ 1.867*Cp + 0.7*Sp ]= 0.01 [ 159.63 + 0.35 ] = 1.6 м3/кг
VN2 = 0.01*[ 0.8*Np +(K*V0)/ 0.01) = 0.01[ 0.32 + 817.8 ] = 8.18 м3/кг
Voизб = (1.2 – 1)* V0 = 0.435 м3/кг
Vальфа = 1.6 +8.18 + 0.435 + 1.19 = 11.405 м3/кг
Состав продуктов сгорания, %
VRO2 = 14.03; VN2 = 71.72; VO2 = 3.81; VH2O =10.43.
Теплота сгорания топлива:
QHp = 340 * Cp + 1030* Hp – 109*(Op + Sp) – 25* Wp = 29070 + 10609 + 32.7 – 72.5 = = 39639.2 КДж/кг
Химическая энтальпия продуктов сгорания с учётом химического недожога:
Ix = (1 – 0.02)*QHp/Vальфа = 3406.1 Кдж/кг
Содержание воздуха в продуктах сгорания, %:
Vl = 100* (Lальфа – L0)/Vальфв = 100* (12.424 – 10.353)/ 11.405 = 18.16 %
По «i – t» диаграмме вычисляем теоретическую температуру горения мазута. Температура равна 2000 0С.
Действительная температура при пирометрическом коэффициенте 0.8 равна 1600 0С.
5. Технологический расчёт.
5.1.Материальный баланс.
Исходные данные для расчёта материального баланса представлены в табл. 2. , табл.3.
Таблица 2.
Состав боксита, %.
| Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | S | CaO | TiO2 | ППП | CO2 | прочие | H2O |
| 49.58 | 20.59 | 9.31 | 0.83 | 4.14 | 2.05 | 10.41 | 2.4 | 0.69 | 4.1 |
Таблица 3.
Состав известняка, %.
| CaO | SiO2 | ППП | прочие | H2O |
| 44.4 | 1.6 | 40.9 | 13.1 | 5.1 |
5.1.1. Содержание Na2CO3соде 95 %.
Содержание Al2O3в товарном глинозёме 98.8 %
Товарный выход глинозёма из боксита 80 %
Шихта спекания стехиометрически насыщена. Молекулярное соотношение в спёке при этом должно иметь следующее значения:
Na2O/(Al2O3 + Fe2O3) = 1; CaO/SiO2 = 2.
5.1.2. Потери Al2O3и Na2O на 1 т глинозёма составляют соответственно 246.6 и 105.6 кг.
5.1.3. Оборотный раствор содержит, г/л:
Al2O3 – 14; Na2Oy – 241; Na2Ok – 49; CO2 – 171.
Кроме того в его состав входит 210 г/л белого шлама, содержащего Al2O3 – 6.4 г/л; Na2O – 3.9 г/л; SiO2 – 7.6 г/л; H2Oсвяз – 2.2 г/л.
Расчёт.
1. Расход боксита на 1 т Al2O3:
988*100/49.58*0.8 = 2490.9 кг (сухого),
где 988 – Содержание Al2O3в товарном глинозёме, кг;
49.58 – содержание Al2O3в боксите, %;
0.8 – товарный выход глинозёма из боксита.
2. Содержание компонентов боксита, кг:
Al2O3 = 2491 * 0.4958 = 1235
Fe2O3 = 2491 * 0.2059 = 512.9
SiO2 = 2491 * 0.0931 = 231.9
CaO = 2491 * 0.0414 = 103.1
CO2 = 2491 * 0.024 = 59.8
TiO2 = 2491 * 0.0205 = 51.07
S = 2491 * 0.0083 = 20.68
ППП = 2491 * 0.1042 = 259.56
Прочие = 2491 * 0.0069 = 17.18
H2O = 2491*4.1/ 95.9 = 106.5Итого: 2597.5 кг (влажного)
3. Количество оборотного раствора.
Определяется из выражения щелочного модуля:
Na2O/( Al2O3 + Fe2O3) = 1; Na2O = 105.6 + v*(241 + 49 + 3.9) – 8,
где 105.6 – потери оксида натрия во всей технологической цепи, кг;
241, 49, 3.9 – содержание Na2Oy, Na2Ok, Na2O соответственно в оборотном растворе и белом шламе, кг/м3;
8 – потери Na2O на переделе спекания, кг;
Fe2O3 = 513.4 кг в боксите.
Al2O3 = 1235 + v*(14 + 6.4) – 10,
где 1235 – содержание оксида алюминия в боксите, кг;
v – объём оборотного раствора, м3;
14 и 6.4 – содержание оксида алюминия в оборотном растворе и в белом шламе, кг/м3;
10 – потери на переделе спекания, кг.
v=13805809.6/4594080 = 3.005 м3.
4. Содержание компонентов в растворе, кг:
Al2O3 = 3.005 * 14 = 42.07
Na2O =3.005* (241 +49) = 871.45
CO2 = 3.005 * 171 = 513.86
5. Общее количество оборотного раствора:
3.005 * 1.35* 1000 = 4056.75 кг,
где 1.35 – плотность оборотного раствора, г/см3.
6. Содержание компонентов в белом шламе, кг:
Al2O3 = 3.005* 6.4 = 19.23
Na2O = 3.005* 3.9 = 11.72
SiO2 = 3.005 * 7.6 = 22.84
H2Oсвяз =3.005* 2.2 = 6.6
7. Количество влаги в оборотном растворе:
4056.75 – 42.07 –871.45 – 513.86 – 19.23 – 11.72 – 22. 84 – 6.6 = 2568.98 кг.
8. Расход соды (95 % Na2CO3)
105.6* 106/(62* 0.95),
где 106 и 62 – молекулярная масса Na2O и Na2CO3соответственно.
9. Необходимый расход известняка X, определяем из уравнения кальциевого модуля.
CaO/SiO2 =2; (0.446*X + 103.1)*60/[56* (231.9+0.017*X + 22.84)] = 2; X = 898.97 кг, где 60 и 56 молекулярные массы оксида кальция и кремнезёма соответственно.
10. Содержание компонентов в известняке, кг:
СaO =898.97 * 0.444 = 399.14
SiO2 = 898.97 * 0.016 = 14.38
ППП = 898.97 * 0.409 = 367. 68
Прочие = 898.97 * 0.131 = 117.77
Н2О = 898.97 * 0.051 = 45.85
Итого: 944.82 кг.
Полученные результаты систематизируют в таб. 4.
Таблица 4.
Материальный баланс процесса спекания, кг.
| Компон. | Приход | Расход | |||||||
| Боксит | Сода | Известняк | Оборот. Раствор | Белый шлам | Итого | Спёк | Потери | Итого | |
| Al2O3 | 1235 | ---- | ---- | 42.07 | 19.23 | 1296.3 | 1286.3 | 10 | 1296.3 |
| Na2O | ---- | 105.6 | ---- | 871.45 | 11.72 | 988.77 | 982.77 | 8 | 988.77 |
| Fe2O3 | 512.9 | ---- | ---- | ---- | ---- | 512.9 | 512.9 | ---- | 512.9 |
| CaO | 103.1 | ---- | 399.14 | ---- | ---- | 502.24 | 502.24 | ---- | 502.24 |
| SiO2 | 231.9 | ---- | 14.38 | ---- | 22.84 | 269.12 | 269.12 | ---- | 269.12 |
| CO2 | 59.8 | 75.0 | 367.68 | 513.86 | ---- | 1016.34 | ---- | 1016.34 | 1016.34 |
| H2OСВЯЗ | 259.7 | ---- | ---- | ---- | 6.6 | 266.3 | ---- | 266.3 | 266.3 |
| Прочие | 17.2 | 9.4 | 117.77 | ---- | ---- | 144.37 | 144.37 | ---- | 144.37 |
| H2O | 106.5 | ---- | 45.85 | 2568.98 | ---- | 2721.33 | ---- | 2721.33 | 2721.33 |
| TiO2 | 51.1 | ---- | ---- | ---- | ---- | 51.1 | 51.1 | ---- | 51.1 |
| S | 20.7 | ---- | ---- | ---- | --- | 20.7 | ---- | 20.7 | 20.7 |
| Итого | 2597.9 | 190 | 944.82 | 3996.34 | 60.39 | 7789.47 | 3746.8 | 4042.67 | 7789.47 |
5.2.Расчёт вращающейся печи.
Производительность печи по спёку G = 24.8 т/час.
Минералогический состав сухого боксита, %.
Гиббсит гидраргиллит ………...56
Корунд ………………………….5
Каолинит ………………………20
Прочих минералов …………….19
Итого 100При этом содержание Al2O3в
- корунде – 100 %
- гиббсите – 64.5 %
Содержание кремнезёма в каолините 46.4 %.
Влажность природного боксита 4.1 %
Воздух подогревается до 300 0С.
Коэффициент расхода воздуха 1.2.
Расчёт печи проведём поэтапно.
1. Рассчитаем количество гиббсита и каолинита нужного для получения 1 т глинозёма при влажности боксита 4.1 %.
(итого боксит – Н2О боксит)* 0.56 = XAl(OH)3 , X = 1395.18 кг.
Каолинита 498.28 кг.
2. Производительность по глинозёму составляет:
Gсп = G/mсп = 24.8/ 3.747 = 6.62 т/час,
mсп = 3.747 – расход спека (табл. 4).
3. Время пребывания шихты в печи.
t = 1/Gсп = 0.15 ч.
4. Объём газообразных продуктов горения топлива.
Vд = q* (Vальфа / QHp)* mсп = (5860* 11.405* 3747).39639.2 = 6317.6 м3,
где q – удельный расход тепла на 1 кг спека = 5860 КДж/кг.
5. Общее количество отходящих газов.
Vсумма = Vд+VH2O+VCO2 , Vсумма = 6317.6+2987.63/ 0.804 + 1016.34/1.97 = 10033.6 м3,
где 0.804 и 1.97 – плотность водяного пара и двуокиси углерода.
6. Секундный расход отходящих газов при нормальных условиях.
V0 = Vсумма/(3600*t) = 18.58 м3/с, а при средней температуре:
tср = (1600 + 200)/2 = 900 0C
Vt = V0*(1 + tср/273) = 18.58* (1 + 900/ 273) = 80 м3/с.
7. Диаметр печи.
Д=1.13* (Vt/w0)1/2 =1.13* (80/ 6.5)1/2 = 3.94 м.,
w0 - скорость движения газов 4 – 8 м/с, принимаем 6.5 м/с.
При двухслойной футеровке, состоящей из высокоглинозёмистого кирпича размером 250 мм и слоя изоляции 30 мм, а также толщине стенки кожуха 20 мм наружный диаметр будет равен:
Дн = 3.94 + 2* 0.25 + 2* 0.03 + 2* 0.02 = 4.54 м.
8. Расчёт длины печи.
L = L(исп.) + L(под) + L(кальц.) +L(спек.) + L(охл.).
8.1.Длина зоны испарения.
L(исп) = [Gш*(W1 – W11)/ w*F]
Производительность печи по шихте (табл. 4).
Gш =G*(итого/ кол-во спёк) = 24.8*(7789.5/3746.8) = 51.56 т/ час.
Исходная влажность шихты.
W1= H2Oпот./ итого = 2987.6 / 7789.5 = 0.38