Материальный расчет

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

«РАСЧЕТ ИЗВЕСТКОВО-ОБЖИГАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ»

Выполнил студент группы ХТ-134

Мукминов И.И.

Преподаватель:

Рябых В.Г.

Одесса-2015

СОДЕРЖАНИЕ

1. Материальный расчет 4

1.1. Горение топлива 4

1.2. Обжиг мела 5

2. Тепловой расчет 7

2.1. Приход тепла 7

2.2. Расход тепла 9

2.3. Состав продуктов, полученных в обжиговой печи 12

3. Производительность печи 13

3.1. Время пребывания шихты в зоне нагрева 14

3.2. Время пребывания шихты в зоне обжига 15

3.3. Время пребывания шихты в зоне охлаждения 16

4. Список литературы 19

Исходные данные

Вариант№6

Состав мела W, %:

СаСО_э 86.3

МgСО₃ 0.6

SiO₂ + вещества, не растворимые в НС1 1.25

R₂O₃ 0.24

H₂O 10.5

Состав кокса W, %:

С 76.2

S 0.65

Зола 10.3

Н₂O 12.3

Степень обжига мела (в %) 95

Неполнота сгорания углерода кокса (α в %) 1.5

Степень сгорания углерода кокса до СО₂ (α в %) 97.1

Степень сгорания углерода кокса до СО (α в %) 1.02

Коэффициент избытка воздуха α 1.01

Относительная влажность воздуха (в %) 70

Температура поступающего воздуха (в °С) 21

Температура отходящих газов (в °С) 145

Температура выгружаемой извести (в °С) 55

Температура поступающего мела (в °С) 14

Температура поступающего кокса (в °С) 16

Состав воздуха (Х в % по массе):

О₂ 23.6

N₂+инертные газы 76.4

Температура начала разложения мела (в °С) 854

Температура в зоне обжига (в °С) 1065

Температура мела, выходящего из зоны обжига (в °С) 935

Температура воздуха на входе в зону обжига (в °С) 390

Средний радиус куска мела (в м) 0.07

Материальный расчет

1.1.Горение топлива (в расчете на 1,00 кг кокса)

Сгорает углерода до СО₂:

m_кокса=W_c* α_со2=0,762*0,971=0,7399 кг (1)

где, W_c-содержание С в меле

α_со2-степень сгорания С до СО₂

Сгорает углерода до СО:

m_со=W_c* α_со=0,762*0,0102=0,00777 кг (2)

где, α_со-степень сгорания С до СО

Остается углерода в золе:

m_золы=W_c* α_{неполноты сгорания}=0.762*0.015=0.0114 кг (3)

где, α_{неполноты сгорания}-неполнота сгорания углерода

Количество кислорода, теоретически необходимое для сжигания 0,7399 кг углерода до СО₂:

m'_o2= (m_кокса*Mo₂)/Mc=(0.7399*32)/12=1.973 кг, при этом образуется m’_co2= m'_o2+ m_кокса=1.973+0.7399=2.713 кг СО₂ (4)

где, Mo₂-молярная масса О₂

Mс-молярная масса С

На сжигание 0,00777 кг углерода до СО требуется кислорода

m'’_o2= (m_co*Mo)/Mc=(0.00777*16)/12=0.0104 кг, при этом образуется m’_co=m’_o2+m_co=0.0104+0.00777=0.0181 кг СО (5)

На сжигание 0,0114 кг серы в SO₂ расходуется кислорода

m'’’_o2= (m_золы*Mo2)/M_SO2=(0.0114*32)/32=0.0114 кг, при этом образуется (6)

m_so2= m'’’_o2+ m_золы=0.0114+0.0114=0.0228 кг SO₂ (7)

где M_SO2-молярная масса SO₂

Всего требуется m_o2= m'_o2+ m'’_o2+ m'’’_o2=1.973+0.0104+0.0114=1.995 кг О₂ (8)

При коэффициенте избытка воздуха α=1.01 необходимо ввести 1.995 кг кислорода т.е.,

m_{сухого воздуха}=(m_o2*100)/(X_о2*10)=(1.995*100)/(23.6*10)=8.89 кг, где X_о2-содержание О₂ в воздухе, в котором содержится m_N2= X_N2* m_{сухого воздуха}=0.764*8.89=6.836 кг, где X_N2-содержание N₂ в воздухе.

Находим относительную влажность воздуха (1, табл. XIX)

При 21 °С:

X=((14.21-10.45)/(25-20))*(21-20)+10.45=11.202 кг

Влагосодержание воздуха составляет 0,011202 кг H₂O на 1 кг сухого воздуха. С 8,89 кг сухого воздуха поступает m_паров= m_{сухого воздуха}*d=8.89*0.011202=0.0996 кг паров воды.

В результате сгорания 1 кг кокса получаются следующие количества газообразных продуктов:

m_co2=2.713 кг

m_со=0.0181 кг

m_o2= m_{сухого воздуха}- m(_N2)=8.89-6.836=2.054 кг

m(_N2)=6.836 кг

m_so2=0.0228 кг

m(_H2O)_{в коксе}=0.225 кг

m(_H2O)_{в воздух}=0.0996 кг

Всего газообразных продуктов сгорания

m_{газ.продуктов}= m_co2+ m_со+ m_o2+ m(_N2)+ +m_so2+ m(_H2O)_{в коксе}+

+m(_H2O)_{в воздух}=2.713+0.0181+2.054+6.836+0.0228+0.225+0.0996=11.969 кг (9)

Кроме того, остается

m_золы=0.0114 кг

m_с=0.0114 кг

m_{тв остатка}= m_золы+ m_с=0,0114+0,0114=0,0228 кг твердого остатка. (10)

Общая масса твердого остатка и газообразных продуктов:

m_общая= m_{тв остатка}+ m_{газ.продуктов}=0.0228+11.969=11.719 кг

1.2.Обжиг мела (в расчете на 1000 кг мела)

1000 кг мела содержит:

m_caco3=863 кг

m_mgco3=6.2 кг

SiO₂+нерастворимые в HCl=12.5 кг

R₂O₃=2.4 кг

H₂O=105 кг

При обжиге разлагается CaCO₃:

m'_caco3= m_caco3*K_{обжига мела}=863*0,95=819,85 кг (11)

где К_{обжига мела} - степень обжига мела

Неразложившийся остаток CaCO₃:

Δm_caco3= m_caco3- m'_caco3=875.8-819.85=55.95 кг (12)

По реакции:

CaCO₃->CaO+CO₂ -Q

Масса CaO:

m_cao=(m'_caco3*M_CaO)/M_CaCO3=(819.85*56)/100=459.12 кг (13)

где, M_CaO-молярная масса CaO

M_CaCO3-молярная масса CaCO₃

По реакции:

MgCO₃->MgO+CO₂

Масса MgO:

m_mgo=(m_mgco3*M_MgO)/M_MgCO3=(6.2*40)/84=2.49 кг (14)

Масса CO₂ из реакции:

m’_co2=(m_mgco3*M_CO2)/M_MgCO3=(6.2*44)/84.3=2.71 кг (15)

Всего образуется CO₂:

m_{общс о2}=m_co2+m’_co2=358.4+2.7=361.1 кг (16)

На основании приведенного выше материального расчета процесса горения топлива и обжига мела составляем предварительный тепловой баланс известковой печи. Обозначим через х количество (в кг) топлива, необходимого для обжига 1000 кг мела. Из теплового баланса определяем х. Затем составляем материальный и тепловой балансы печи. На 1000 кг исходного мела в полученной извести содержится 0,0114 х кг несгоревшего углерода и 0,0114 х кг золы. За счет влаги воздуха частично происходит гидратация извести по реакции:

CaO+H₂O->Ca(OH)₂ +Q

Количество образовавшегося гидроксида кальция определяется содержанием влаги в воздухе.

m_ca(oh)2=(m_{(h2o в воздухе)}* х* M_CaO)/M_H2O=(0.0996* x* 74)/18=0.409 x кг (17)

В этом количестве Ca(OH)₂ содержится оксида кальция:

m_cao=(m_{(h2o в воздухе)}* х* M_Ca(OH)2)/M_H2O=(0.0996* x* 56)/18=0.3099 кг (18)

Табл1.Состав выходящей из печи извести (в кг):

Табл2.Состав выходящих из печи газов (в кг):

Тепловой расчет

2.1.Приход тепла

1. Физическое тепло мела находим по формуле:

q₁=(m_мела- m_{табл H2O})*0,816*T_{поступающего воздуха}+ m_{табл H2O}*H_H2O (19)

где, 0,816 – теплоемкость мела, кдж/кг*град,

T_{поступающего воздуха} – температура поступающего воздуха в печь, °С

H_H2O – энтальпия воды при T_{поступающего воздуха,} кдж/кг (1, табл. ХХ)

H_H2O при 21°С

Х=((125.7-83.9)/(30-20))*(21-20)+83.9=88.08 кДж/кг

q₁=(1000-105)*0.816*21+105*88.08=24585.12 кДж

2. Физическое тепло кокса находим по формуле:

q₂=(1- m_{табл H2O})*Cp_кокса* T_{поступающего кокса}+ m_{табл H2O}* H_H2O (20)

где, Cp_кокса – теплоемкость кокса, кДж/кг,

T_{поступающего кокса} – температура поступающего кокса в печь °С

q₂=(1-0.255)x*1.047*21+0.255x*88..08=38.84x кДж

3. Физическое тепло воздуха находим по формуле:

q₃= m_{сухого воздуха}*x*i_{воздуха} (21)

где, i_{воздуха} – энтальпия воздуха, кДж на 1 кг сухого воздуха (1, табл. XIX)

i_{воздуха} при 21°С

X=((61.21-46.27)/(25-20))*(21-20)+46.27=49.26 кДж

q₃=8.89x*49.26=437.92x кДж

4. Тепло сгорания кокса до CO₂:

От сгорания углерода до CO₂

Q₁= m_{табл CO2}*8941.2 (22)

Где 8941.2 – теплота сгорания углерода до CO₂, кДж на 1 кг СО₂

Q₁=2.713x*8941.2=24257.48x кДж

От сгорания углерода до СО

Q₂= m_{табл CO}*3944.9 (23)

Где, 3944.9 – теплота сгорания углерода до СО, кДж на 1 кг СО

Q₂=0.0181x*3944.9=71.40x кДж

От сгорания серы в SO₂

Q₃= m_{табл SO2}*4634.3 (24)

Где, 4634.3 – теплота сгорания серы в SO₂, кДж на 1 кг SO₂

Q₃=0.0228x*4634.3=105.66x кДж

Всего тепла от сгорания кокса:

q₄=Q₁+Q₂+Q₃=24257.48x+71.40x+105.66x=24434.54x кДж

5. Теплота гашения извести влагой воздуха находим по формуле:

CaO_(тв)+H₂O_(г)->Ca(OH)₂(т)+109.26 кДж/моль

Qp=ΔG_Ca(OH)2-(ΔG_CaO-ΔG_H2O) (25)

Где, ΔG_Ca(OH)2 – теплота образования Ca(OH)_2(тв) кДж/моль,

ΔG_CaO – теплота образования CaO_(тв) кДж/моль,

ΔG_H2O – теплота образования H₂O_(г) кДж/моль

Q_p=986.20-(635.10+241.84)=109.26 кДж

Так как все вещества участвуют в реакции в количестве 1 моль, то нет разницы, к какому веществу относить Q_p, поэтому:

q₅=(Q_o*m_паров*m_мела)/M_H2O (26)

Где, M_H2O – молярная масса воды, г/моль.

q₅=(109.26*0.0996x*1000)/18=604.57x кДж

Общий приход тепла:

Q_p=q₁+ q₂+ q₃+ q₄+q₅ (27) q₅=24585.12+38.84x+346.03x+24434.54x+604.57x=24585.12+25423.98х кДж

2.2.Расход тепла

1. С отходящими газами

q₁=(m_{табл CO2}*C_co2+ m_{табл CO}*C_CO+ m_{табл O2}*C_O2+ m_{табл N2}*C_N2+

+m_{табл SO2}*C_SO2)*T_{отходящих} газов+ +m_{табл H2O}*i_h2o (28)

Где, C_i – теплоемкости газов, кДж/кг*град,

i_h2o – энтальпия паров воды при 0.1 *10⁵ н/м² и T_{отходящих газов ­}– температура отходящих газов из печи, °С (1,табл. XXI)

i_h2o при 145°С

Х=((2783-2764)/(150-140))*(145-140)+2764=2773.5 кДж/кг

q₁=[(360.74+2.713x)*0.892+0.0181x*1.044+2.054x*0.932+6.836x*1.044+

+0.0228x*0.649]*145+(105+0,255ч)*2773,5=337875,6+2374,74х кДж

2. С выгружаемой известью

q₂=∑1*Cp_{извести} (29)

Где, Cp_{извести} – теплоемкость технической извести, кДж/кг*град

q₂=(5325.46+0.742x)*0.795*50=21165.29+29.49x кДж

3. Разложение CaCO₃ по реакции:

CaCO3_(тв)->CaO_(тв)+CO_2(г)

Qp=(ΔG_CO2+ ΔG_CaO)- ΔG_CaCO3 (30)

Где, ΔG_i – теплоты образования, кДж/моль

Qp=(393.517+635.10)-1206.00=177.39 кДж

q₃=(Qp*m_мела* m_caco3)/M_CaCO3 (31)

Где, M_CaCO3 – молярная масса CaCO3

q₃=(177.39*819.85*1000)/100=1454331.92 кДж

4. Разложение MgCO₃ по реакции:

MgCO_3(тв)->MgO_(тв)+CO_2(г)

Qp= (ΔG_MgO+ ΔG_CO2)- ΔG_MgCO3 (32)

Qp=(601.24+393.51)-1096.21=101.46 кДж

q₄=(Qp*m_мела*m_mgco3)/M_MgCO3 (33)

Где, M_MgCO3 – молярная масса MgCO3

q₄=(101.46*1000*6.2)/84.3=7462.064 кДж

5. Потери тепла в окружающую среду принимаем 12% от прихода тепла:

q₅=Q_пр*0.12 (34)

q₅=(24585.12+25423.98x)*0.12=2950.21+3050.88x кДж

Общие количество тепла:

Q_расх=q₁+q₂+ q₃+q₄+q₅=337875.6+2374.74x+21165.29+29.49x+1454331.92+

+7468.064+2950321+3050388x=1823785.084+5455.11x кДж

Количество кокса:

Q_пр=Q_расх

24585.12+25423.98x=1823785.084+5455.11x =>

X=1799199.964/19968.87=90.1 кг

Полученное значение х используется для составления таблиц материального и теплового балансов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: