Расчет барабанной вращающейся печи

Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 53

Расчет барабанной вращающейся печи

МАЭ РФ

Государственный Технологический Институт

Кафедра МАХП

РАСЧЕТ БАРАБАННОЙ

ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

ТиОСП 080.11.01.00 РР

Преподаватель

_____________.

«______» _____________.

Студент группы

_____________

«_____» _____________.

Содержание

Введение........................................................................................................... 3

1 Цель расчета.............................................................................................. 4

2 Данные для расчета................................................................................... 4

3 Расчеты...................................................................................................... 5

3.1 Материальный баланс процесса разложения.......................................... 5

3.2 Тепловой баланс процесса разложения................................................... 9

3.3 Конструктивный расчет ......................................................................... 10

3.4 Определение мощности .......................................................................... 11

Заключение.................................................................................................... 12

Литература.................................................................................................... 13

Приложение А – Эскиз барабанной вращающейся печи…………………….14

Введение

Фтороводород занимает большое значение в химической промышленности. Его используют как для получения фтора, фторидов различных металлов, искусственного криолита, так и для получения фторорганических соединений. Важную роль занимает фтороводород в атомной промышленности.

В промышленных условиях фтороводород получают методом сернокислотного реагирования с флюоритом в барабанных вращающихся печах с электрическим обогревом или обогревом топочными газами.

Данная работа посвящена расчету барабанной вращающейся печи.

1 Цель расчета

Целью данного расчета является закрепление теоретических навыков по курсу “Технология и оборудование специальных производств” и применение их к конкретному материальному, тепловому балансу и определение конструктивных размеров печи.

2 Исходные данные

Исходные данные представлены в таблице 1

Таблица 1 – Исходные данные

1 Состав плавикового шпата, %

1.1 ФФ

1.2 CaF₂

1.3 SiO₂

1.4 CaCO₃

1.5 CaS

1.6 Ca₃ (PO₄ )₂

95Б

95,0

2,5

1,9

0,4

0,2

2 Состав серной кислоты, %

2.1 H₂ SO₄

2.2 HF

2.3 H₂ O

93

6,5

0,5

3 Избыток серной кислоты, %

5

4 Температура серной кислоты, ⁰ С

80

5 Температура процесса, ⁰ С

250

6 Время процесса, час

4

7 Степень разложения CaF₂ , %

98,6

8 Производительность по плавикому шпату, т/час

1

Реакции протекающие в процессе

1)

2)

3)

4)

5)

6)

3 Расчеты

3.1 Материальный баланс процесса разложения

Учитывая состав плавикового шпата, определим расход каждого химического соединения:

кг/ч; кг/ч; кг/ч; кг/ч; кг/ч.

3. 1 .1 Расчет реакции 1

Расход серной кислоты с избытком

где - коэффициент избытка серной кислоты,

кг/ч.

где - степень разложения CaF₂ .

кг/ч,

Расход CaSO₄

кг/ч,

Расход HF

кг/ч,

Непрореагировавший CaF₂

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса этой реакции

Таблица 2 – Материальный баланс

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 CaF₂

2 H₂ SO_4(изб)

950

1253,27

1 CaF_2(ост)

2 CaSO₄

3 HF

4 H₂ SO_4(ост)

13,3

1633,22

480,35

76,39

Итого

2203,27

Итого

2203,26

3 .1.2 Расчет реакции 2

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 3 – Материальный баланс

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 SiO₂

2 HF

25

33,3

1 SiF₄

2 H₂ O

43,3

15

Итого

58,3

Итого

58,3

3. 1 .3 Расчет реакции 3

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 4 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 CaCO₃

2 H₂ SO₄₍ _изб ₎

19

19,551

1 CaSO₄

2 H₂ O

3 CO₂

4 H₂ SO_4(ост)

25,84

3,42

8,36

0,931

Итого

38,551

Итого

39,551

3.1.4 Расчет реакции 4

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 5 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 CaS

2 H₂ SO₄₍ _изб ₎

4

5,708

1 CaSO₄

2 H₂ S

3 H₂ SO_4(ост)

7,55

1,88

0,272

Итого

9,708

Итого

9,708

3.1.5 Расчет реакции 5

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 6 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 H₂ S

2 H₂ SO₄₍ _изб ₎

1,88

5,69

1 S

2 SO₂

3 H₂ O

4 H₂ SO₄₍ _ост ₎

1,77

3,54

1,99

0,27

Итого

7,57

Итого

7,57

3.1.6 Расчет реакции 6

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч,

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 7 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 Ca₃ (PO₄ )₂

2 H₂ SO₄₍ _изб ₎

2

2,08

1 CaSO₄

2 H₃ PO₄

3 H₂ SO_4(ост)

2,63

1,26

0,19

Итого

4,08

Итого

4,08

3.1.7 Материальный баланс всего процесса

Материальный баланс всего процесса представлен в таблице 8

Таблица 8 – Материальный баланс всего процесса

Приход

Расход

Статьи прихода

кг/ч

Статьи расхода

кг/ч

1CaF₂

2 SiO₂

3 CaCO₃

4 CaS

5 Ca₃ (PO₄ )₂

6 H₂ SO₄

7 HF

950

25

19

4

2

1286,299

33,3

1 HF

2 SiF₄

3 H₂ O

4 CO₂

5 SO₂

6 S

7 CaSO₄

8 CaF₂

9 H₃ PO₄

10 H₂ SO₄₍ _ост ₎

480,35

43,3

20,41

8,36

3,54

1,77

1669,24

13,3

1,26

78,053

Итого

2319,599

Итого

2319,583

3.2 Тепловой расчет

Уравнение теплового баланса

;

;

Приход:

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Расход:

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Дж/ч,

Q _ФФ =16233600+370650+311030+52654+29884=16997818 Дж/ч,

Q _РСК =144456635,2 +3884112=148340747,2 Дж/ч,

Q _{реакц.газа} = 175087575 + 7637037 + 21374372,5 + 1763751 + 312537,75 +

+ 551355 = 206726628,3 Дж/ч,

Q _{отв.гипс} = 305804768+2857505+341050,5+27392700,35 =336396023,9 Дж/ч.

Тепловой эффект реакции определяется по формуле:

D H _реакц _. = D HCaSO₄ + 2 D H_HF - D HCaF₂ - D HH₂ SO₄ ;

D H _реакц. = -1424 - 2 × 268,61 + 1214 + 811,3 = 64,08 кДж/моль .

Определим тепло реакции:

Q _{реакции} = (950 × 64,08)/78 =780,46 кДж/ч,

,

Q _потерь = 0,1 × 420627274,4=42062727,44 Дж/ч.

Полученные результаты сведены в таблицу8.

Таблица 8 – Тепловой баланс процесса разложения

Приход

Расход

Статьи прихода

Дж/ч

Статьи расхода

Дж/ч

1. Q _фф

2. Q _рск

3. Q _{эл.нагр.}

16997818

148340747,2

420627274,4

1. Q _{реак.газ}

2. Q _{отв.гипс}

3. Q _{реакции}

4. Q _потерь

206726628,3 336396023,9

780460

42062727,44

Итого

585965839,6

Итого

282965840,1

3.3 Конструктивный расчёт

Конструктивный расчёт производим при помощи двух методов.

3.3.1 Определение геометрических размеров при помощи эмпирических формул

Определим суточную производительность:

Диаметр барабана:

Длина барабана:

3.3.2 Определение геометрических размеров при помощи отношения L/D

Задаёмся L / D =10 , L =10 D .

Диаметр барабана определим по формуле:

где t - время процесса разложения, 4часа ;

r _М – плотность материала, 2431кг/м³ ;

j - коэффициент заполнения аппарата, 0,2 .

Тогда

L =10 × 1,34=13,4м .

Принимаем D=1,4м и L=14м.

3.4 Определение мощности

Определим число оборотов барабана:

Принимаем n=0,1 об/с.

Мощность для вращения барабана:

N = 0,0013 × D³ × L × r _CP × n × j ;

N = 0,0013 × 1,4³ × 14 × 2431 × 0,1 × 0,2 = 2,43 кВт .

Заключение

В результате проделанной работы были составлены материальный и тепловой балансы процесса разложения плавикового шпата, а также определено необходимое количество тепла на нагрев материала. Определены геометрические размеры барабанной вращающейся печи, а так же мощность, затрачиваемая на вращение барабана и число оборотов барабана.

Литература

Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1969.