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.) = G_г*Q_п/[(q_л + q_к )* lx + q_л¹*l_д],

G_ш – производительность зоны, т/ час;

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

L_x, l_д – ширина слоя шихты (хорда) и контактная поверхность (длина дуги);

8.2.1.Теплопотребление Q_п рассчитываем по статьям:

Нагрев шихты до 700 ⁰С.

q(700) = С(700)* m_ш* Dt,

m_ш – масса шихты = итого – m_Н2О

m_ш = 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_1р = 1395.18* 2580 = 3599564 КДж.

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

q_3р = 498.28* 934 = 465393.52 КДж.

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

q_н = m_1p* (M_1p^H2O/ M_1p)*(22.4/18)* C_H2O* (750 – t_1p) +

+ m_3p* (M_3p^H2O/ M_3p)*(22.4/18)* C_H2O* (750 – t_3p);

где m_1pи m_3p – расход гиббсита и каолинита;

M_1p^H2O и M_3p^H2O – молекулярные массы гиббсита и каолинита;

t_1pи t_3p – температуры соответствующих реакций;

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

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

Q_п = q(700) + q_1p + q_3p + q_н = 7115398.02 КДж.

8.2.4. Определение lx и l_д.

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

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

j = 6.8 %.

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

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

l_x = 1.318* R = 2.6 м;

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

8.2.5. Расчёт тепловых потоков.

q_л = C_гкм* [(T_г/100)⁴ – (T_ш/100)⁴], КДж/(м²* час);

q_л¹ = C_км* [(T_г/100)⁴ – (T_ш/100)⁴], КДж/(м²* час);

q_k = 9*w₀*(t_г – t_ш), КДж/ (м²* час); где,

С_гкм = 13.82; С_км = 12.56, КДж/(м²* час* К⁴).

Т_г = t_г + 273 = (1250 + 750)/2 + 273 = 1273 К;

Т_ш= t_ш + 273 = (150 + 700)/2 + 273 = 698 К;

Т_к = (Т_г + Т_ш)/2 = (1273 + 698)/2 = 986 К;

w₀ – средняя по сечению скорость газов

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

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

q_л¹ = 12.56*[(986/100)⁴ – (698/100)⁴] = 88902.8 КДж/м²*час;

q_к = 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.

С_спека = 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:

q_4p = 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:

q_5p = 711.65* 647 = 46043.6 КДж.

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

q_8p = 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.

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

Общее теплопотребление данной зоны равно:

Q_к = q₁₀₀₀ + q_4p +q_5p + q_8p + q_г

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

8.3.4. Определяем длину хорды и дуги.

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

j = 5.9 %.

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

l_x =2* 1.97* sin(77.5⁰/2) = 2.466 м.

l_д = 3.14* 3.94* 77.5/360 = 2.665 м.

С_гкм = 14.24 КДж/м²* час* К⁴; С_км = 12.56 КДж/м²* час* К⁴;

Т_г = t_г + 273 = (1400 + 1250)/2 + 273 = 1598 К;

Т_ш = (700 + 1000)/2 + 273 = 1123 К;

Т_к =(1598 + 1123)/2 +273 = 1360 К;

Средняя скорость движения газов:

w₀ = 18.58/(12.19 –0.719) = 1.62 м/с.

Тепловые потоки равны:

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

q_л¹ = 12.56* [(1360/100)⁴ – (1123/100)⁴] = 229920.07 КДж/м²* час;

q^к = 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 = W_м* t,

где W_м – скорость движения материала, м/час;

t – необходимое время пребывания в печи.

Принимаем t_c_{пекания} = 0.4 час; t_охл = 0.25 час.

W_м = 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.

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

W_мох = 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.

Q_x = B* Q_н^р = В* 39639.2 КВт.

2. Физическое тепло воздуха нагретого до 300 ⁰С.

Q_в = L_a* C_в* t_в*B = 12.424* 1.315* 300* В = 4901.268* В.

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

3. Физическое тепло шихты.

Q_ш = С_ш* t_ш* m_ш,

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

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

t_ш - температура шихты = 50⁰ С;

Q_ш = 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;

Q_экз = m_p* q_p = 771.36* 676.2 = 521593.6 КВт.

Статьи расхода тепла.

1. Тепло уносимое спеком и пылью.

Q_сп = 1000* С_ш* t_ш; Q_п = m_п* С_п*t_ш, где

1000 – 1т готового продукта;

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

С_п, С_ш – теплоёмкости продукта и пыли, КДж/кг*⁰С;

t_ш – температура продукта и пыли, ⁰С;

Q_сп = 1000* 3746.8* 0.879 = 3297184 КВт.

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

2. Тепло, расходуемое на испарение гидроскопической влаги.

Q_исп = 2256.7* m_вл = 2256.7* 2721.33 = 6141185.135 КВт.

3. Тепло эндотермических реакций.

Q_энд = q_1p + q_3p + q_4p + q_5p + q_8p;

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

4. Тепло, уносимое отходящими газами.

Q_г = V_сумм* С_г* T_г, где

V_сумм – суммарный объём газов, м³/т;

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

Т_г – температура газов Т_г = 200 ⁰С.

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

5. Потери в окружающую среду.

Q_пот = [a*(t_ст – t_окр)*F_п]/G_г, где

a = 50.24 – 67 КДж/м²*час*град;

F_п – площадь наружной поверхности;

t_c_т – температура наружной стенки 150 – 170 ⁰С;

G_г – производительность по глинозёму, т/час;

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

Составим уравнение теплового баланса.

Сумма Q_прих = Сумма Q_расх;

Q_прих	Q_расх
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.

В_t = В*G_г = 444.38* 6.62 = 2941.8 м³/час.

Расход условного топлива.

b = B_t* Q_н^р/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.	Q_x	17614867.7	85.14	1.	Q_сп	3297184	15.94
2.	Q_в	2178025.47	10.53	2.	Q_п	274189.3	1.33
3.	Q_ш	373894.56	1.81	3.	Q_исп	6141185.135	29.68
4.	Q_экз	521593.6	2.52	4.	Q_энд	6871786.02	33.22
5.	Q_г	2583740.89	12.49
6.	Q_пот	1520493.17	7.35
Невязка	197.185	0
Итого	20688381.33	100	Итого	20688578.52	100

Коэффициент полезного действия печи.