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, %

C^P	H^P	O^P	N^P	S^P	A^P	W^P	G_H2O
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*C^p +5.6*H^p + 0.7(S^p +O^p)] = 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:

L_альфа = 1.2 * L₀ = 12.424 м³/кг

Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания:

V_H2O = 0.01*[ 11.2*H^p + 1.244*W^p] = 0.01[ 115.36 +1.244 * 2.9 ] =1.19 м³/кг

V_RO2 = 0.01*[ 1.867*C^p + 0.7*S^p ]= 0.01 [ 159.63 + 0.35 ] = 1.6 м³/кг

V_N2 = 0.01*[ 0.8*N^p +(K*V₀)/ 0.01) = 0.01[ 0.32 + 817.8 ] = 8.18 м³/кг

V_o^изб = (1.2 – 1)* V₀ = 0.435 м³/кг

V_альфа = 1.6 +8.18 + 0.435 + 1.19 = 11.405 м³/кг

Состав продуктов сгорания, %

V_RO2 = 14.03; V_N2 = 71.72; V_O2 = 3.81; V_H2O =10.43.

Теплота сгорания топлива:

Q_H^p = 340 * C^p + 1030* H^p – 109*(O^p + S^p) – 25* W^p = 29070 + 10609 + 32.7 – 72.5 = = 39639.2 КДж/кг

Химическая энтальпия продуктов сгорания с учётом химического недожога:

I_x = (1 – 0.02)*Q_H^p/V_альфа = 3406.1 Кдж/кг

Содержание воздуха в продуктах сгорания, %:

V_l = 100* (L_альфа – L₀)/V_альфв = 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; Na₂O_k – 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; H₂O_связ – 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 = 106.5

Итого: 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 Na₂O_y, Na₂O_k, 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

H₂O_связ =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
Компон.	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
H₂O_СВЯЗ	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 100

При 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 = X_Al(OH)3 , X = 1395.18 кг.

Каолинита 498.28 кг.

2. Производительность по глинозёму составляет:

G_сп = G/m_сп = 24.8/ 3.747 = 6.62 т/час,

m_сп = 3.747 – расход спека (табл. 4).

3. Время пребывания шихты в печи.

t = 1/G_сп = 0.15 ч.

4. Объём газообразных продуктов горения топлива.

V_д = q* (V_альфа / Q_H^p)* m_сп = (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.

V_сумма = V_д+V_H2O+V_CO2 , V_сумма = 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 = V_сумма/(3600*t) = 18.58 м³/с, а при средней температуре:

t_ср = (1600 + 200)/2 = 900 ⁰C

V_t = V₀*(1 + t_ср/273) = 18.58* (1 + 900/ 273) = 80 м³/с.

7. Диаметр печи.

Д=1.13* (V_t/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:

Д_н = 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) = [G_ш*(W¹ – W¹¹)/ w*F]

Производительность печи по шихте (табл. 4).

G_ш =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