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, %:
СаСОэ 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:
mкокса=Wc* αсо2=0,762*0,971=0,7399 кг (1)
где, Wc-содержание С в меле
αсо2-степень сгорания С до СО2
Сгорает углерода до СО:
mсо=Wc* αсо=0,762*0,0102=0,00777 кг (2)
где, αсо-степень сгорания С до СО
Остается углерода в золе:
mзолы=Wc* αнеполноты сгорания=0.762*0.015=0.0114 кг (3)
где, αнеполноты сгорания-неполнота сгорания углерода
Количество кислорода, теоретически необходимое для сжигания 0,7399 кг углерода до СО2:
m'o2= (mкокса*Mo2)/Mc=(0.7399*32)/12=1.973 кг, при этом образуется m’co2= m'o2+ mкокса=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= (mco*Mo)/Mc=(0.00777*16)/12=0.0104 кг, при этом образуется m’co=m’o2+mco=0.0104+0.00777=0.0181 кг СО (5)
На сжигание 0,0114 кг серы в SO2 расходуется кислорода
m'’’o2= (mзолы*Mo2)/MSO2=(0.0114*32)/32=0.0114 кг, при этом образуется (6)
mso2= m'’’o2+ mзолы=0.0114+0.0114=0.0228 кг SO2 (7)
где MSO2-молярная масса SO2
Всего требуется mo2= 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.,
mсухого воздуха=(mo2*100)/(Xо2*10)=(1.995*100)/(23.6*10)=8.89 кг, где Xо2-содержание О2 в воздухе, в котором содержится mN2= XN2* mсухого воздуха=0.764*8.89=6.836 кг, где XN2-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 mпаров= mсухого воздуха*d=8.89*0.011202=0.0996 кг паров воды.
В результате сгорания 1 кг кокса получаются следующие количества газообразных продуктов:
mco2=2.713 кг
mсо=0.0181 кг
mo2= mсухого воздуха- m(N2)=8.89-6.836=2.054 кг
m(N2)=6.836 кг
mso2=0.0228 кг
m(H2O)в коксе=0.225 кг
m(H2O)в воздух=0.0996 кг
Всего газообразных продуктов сгорания
mгаз.продуктов= mco2+ mсо+ mo2+ m(N2)+ +mso2+ 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
mзолы=0.0114 кг
mс=0.0114 кг
mтв остатка= mзолы+ mс=0,0114+0,0114=0,0228 кг твердого остатка. (10)
Общая масса твердого остатка и газообразных продуктов:
mобщая= mтв остатка+ mгаз.продуктов=0.0228+11.969=11.719 кг
1.2.Обжиг мела (в расчете на 1000 кг мела)
1000 кг мела содержит:
mcaco3=863 кг
mmgco3=6.2 кг
SiO2+нерастворимые в HCl=12.5 кг
R2O3=2.4 кг
H2O=105 кг
При обжиге разлагается CaCO3:
m'caco3= mcaco3*Kобжига мела=863*0,95=819,85 кг (11)
где Кобжига мела - степень обжига мела
Неразложившийся остаток CaCO3:
Δmcaco3= mcaco3- m'caco3=875.8-819.85=55.95 кг (12)
По реакции:
CaCO3->CaO+CO2 -Q
Масса CaO:
mcao=(m'caco3*MCaO)/MCaCO3=(819.85*56)/100=459.12 кг (13)
где, MCaO-молярная масса CaO
MCaCO3-молярная масса CaCO3
По реакции:
MgCO3->MgO+CO2
Масса MgO:
mmgo=(mmgco3*MMgO)/MMgCO3=(6.2*40)/84=2.49 кг (14)
Масса CO2 из реакции:
m’co2=(mmgco3*MCO2)/MMgCO3=(6.2*44)/84.3=2.71 кг (15)
Всего образуется CO2:
mобщс о2=mco2+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.
mca(oh)2=(m(h2o в воздухе)* х* MCaO)/MH2O=(0.0996* x* 74)/18=0.409 x кг (17)
В этом количестве Ca(OH)2 содержится оксида кальция:
mcao=(m(h2o в воздухе)* х* MCa(OH)2)/MH2O=(0.0996* x* 56)/18=0.3099 кг (18)
Табл1.Состав выходящей из печи извести (в кг):
mтабл CaO
| CaO
| 459.12-0.3099 x
| mтабл Ca(OH)2
| Ca(OH)2
| 0.409 x
| mтабл MgO
| MgO
| 2.49
| mтабл CaCO3
| CaCO3
| 55.95
| mтабл R2O3
| R2O3
| 2.4
| mтабл SiO2+нерастворимые в HCl
| SiO2+нерастворимые в HCl
| 12.5
| mтабл Зола
| Зола
| 0.0114 x
| mтабл C
| С
| 0.0114 x
|
|
| ∑1=532.46+0.742 x
|
Табл2.Состав выходящих из печи газов (в кг):
mтабл CO2
| CO2
| 360.74+2.713 x
| mтабл CO
| CO
| 0.0181 x
| mтабл O2
| O2
| 2.054 x
| mтабл N2
| N2
| 6.836 x
| mтабл SO2
| SO2
| 0.0228 x
| mтабл H2O
| H2O
| 105+0.255 x
|
|
| ∑2=464.9+12.104 x
|
Тепловой расчет
2.1.Приход тепла
1. Физическое тепло мела находим по формуле:
q1=(mмела- mтабл H2O)*0,816*Tпоступающего воздуха+ mтабл H2O*HH2O (19)
где, 0,816 – теплоемкость мела, кдж/кг*град,
Tпоступающего воздуха – температура поступающего воздуха в печь, °С
HH2O – энтальпия воды при Tпоступающего воздуха, кдж/кг (1, табл. ХХ)
HH2O при 21°С
t °С
|
|
|
| HH2O кдж/кг
| 83.9
| Х
| 125.7
|
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- mтабл H2O)*Cpкокса* Tпоступающего кокса+ mтабл H2O* HH2O (20)
где, Cpкокса – теплоемкость кокса, кДж/кг,
Tпоступающего 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= mсухого воздуха*x*iвоздуха (21)
где, iвоздуха – энтальпия воздуха, кДж на 1 кг сухого воздуха (1, табл. XIX)
iвоздуха 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= mтабл 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= mтабл 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= mтабл 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=ΔGCa(OH)2-(ΔGCaO-ΔGH2O) (25)
Где, ΔGCa(OH)2 – теплота образования Ca(OH)2(тв) кДж/моль,
ΔGCaO – теплота образования CaO(тв) кДж/моль,
ΔGH2O – теплота образования H2O(г) кДж/моль
Qp=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 Qp, поэтому:
q5=(Qo*mпаров*mмела)/MH2O (26)
Где, MH2O – молярная масса воды, г/моль.
q5=(109.26*0.0996x*1000)/18=604.57x кДж
Общий приход тепла:
Qp=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=(mтабл CO2*Cco2+ mтабл CO*CCO+ mтабл O2*CO2+ mтабл N2*CN2+
+mтабл SO2*CSO2)*Tотходящих газов+ +mтабл H2O*ih2o (28)
Где, Ci – теплоемкости газов, кДж/кг*град,
ih2o – энтальпия паров воды при 0.1 *105 н/м2 и Tотходящих газов – температура отходящих газов из печи, °С (1,табл. XXI)
ih2o 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*Cpизвести (29)
Где, Cpизвести – 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)+CO2(г)
Qp=(ΔGCO2+ ΔGCaO)- ΔGCaCO3 (30)
Где, ΔGi – теплоты образования, кДж/моль
Qp=(393.517+635.10)-1206.00=177.39 кДж
q3=(Qp*mмела* mcaco3)/MCaCO3 (31)
Где, MCaCO3 – молярная масса CaCO3
q3=(177.39*819.85*1000)/100=1454331.92 кДж
4. Разложение MgCO3 по реакции:
MgCO3(тв)->MgO(тв)+CO2(г)
Qp= (ΔGMgO+ ΔGCO2)- ΔGMgCO3 (32)
Qp=(601.24+393.51)-1096.21=101.46 кДж
q4=(Qp*mмела*mmgco3)/MMgCO3 (33)
Где, MMgCO3 – 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=Qпр*0.12 (34)
q5=(24585.12+25423.98x)*0.12=2950.21+3050.88x кДж
Общие количество тепла:
Qрасх=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:
Qпр=Qрасх
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:
|