Контрольная работа по "Химии"

 

096·43,84·(1250-750)·10=105192 кДж=105,19 МДж,

 

где 0,96 - теплоемкость пыли, кДж/(кг·К);

• нагрев технологических  газов (СО₂) до 1250 °С

 

2,202·13,98·(1250-750)·10=153919,8 кДж=153,92 МДж;

 

• разложение карбонатов. При этом количество СаСО₃ (молекулярная масса - 100) в шихте (в известняке и боксите) (табл. 17) через СаО (молекулярная масса - 56) равно

 

 

Тогда в соответствии с уравнением

 

СаСО_з=СаО+СО₂ - 178000 кДж

затраты тепла  составят

 

(4,1+4,44)·10(100/56)·(178000/100)=271450 кДж=271,45 МДж.

 

Количество Na₂CO₃ (молекулярная масса - 106) в шихте (в соде и оборотном растворе) через Na₂O (молекулярная масса – 62) равно

 

 

Тогда в соответствии с уравнением

 

Na₂CO₃ =Na₂O+СО₂ - 322000 кДж

 

затраты тепла  будут равны

 

=2048335,48 кДж=2048,34 МДж.

 

При разложении натриевого алюмосиликата количество Na₂O·Аl₂О₃·2SiО₂ (молекулярная масса - 284) на 1 тонну шихты рассчитывают по SiO₂ (молекулярная масса - 60) в белом шламе:

 

0,653·284·10/(2·60)=15,45 кг.

 

Ввиду отсутствия экспериментальных данных по тепловому  эффекту разложения этого соединения принимаем, что он равен тепловому эффекту реакции разложения Na₂O·Аl₂Оз·2SiО_2. Тогда принимаем

 

Na₂O·Аl₂Оз·2SiО₂=Na₂O+Аl₂О₃+2SiO₂ - 261000 кДж;

14198,77 кДж=14,20 МДж.

 

Теплоту образования  алюмината натрия определяем по содержанию Аl₂О₃ (молекулярная масса 102) в спеке (см. табл. 17) и исходя из уравнения

 

Na₂O+Аl₂О_з=Na₂O·Аl₂О₃ + 230000 кДж.

Тогда 1238567,64 кДж=1238,57 МДж.

 

 

Теплоту образования  ферритов натрия устанавливаем по Fe₂O₃  (молекулярная масса - 160) в спеке согласно уравнению

 

Na₂O+Fe₂O₃=Na₂O·Fe₂О₃ + 178000 кДж;

260325,0 кДж=260,32 МДж.

 

Теплоту образования  титаната натрия устанавливаем по TiO₂ (молекулярная масса - 80) в спеке в соответствии с уравнением

 

Na₂O+TiO₂=Na₂O·TiO₂ + 178000 кДж.

 Тогда 46725 кДж=46,72 МДж.

 

Теплоту образования двухкальциевого  силиката устанавливаем по СаО (молекулярная масса - 56) в спеке в соответствии с уравнением

 

2СаО+8SiO₂=2CaO·SiО₂ + 119000 кДж,

90737,5 кДж=90,74 МДж

 

Итого, теплопотребление в зоне кальцинации  составляет

294,62+105,2+153,92+476,3+271,45-0,9·(14,2+1238,57+260,32+46,72+90,74)=1388,02 МДж.

 

Ширину слоя (хорда l_x) и контактную поверхность его с барабаном (1_q) определим исходя из соотношений размеров сегмента метариалов в поперечном сечении участка. Из практических данных принимаем центральный угол в зоне кальцинации равным 77,5°. Тогда

 

l_x=D_пsinα/2=3sin(77,5/2)=1,88 м.

l_q=πD_пα/360=π·3(77,5/360)=2,03 м.

 

Определяем  эффективную длину лучей газового потока

 

 

где S_пер - периметр свободного сечения печи, м.

 

S_nep= =

 

По практическим данным для зоны кальцинации можно принять коэффициент заполнения барабана печи φ=4,8...7,0 %. Выбираем φ=5,9 %. Тогда

 

;

 

Степень черноты  для СО₂ и Н₂О в зоне кальцинации находим из состава газов в ней:

 

P_CO2S_эф=0,1123·4,42·101,325=50,29 кПа·м,

 

при t_Г=1320°С ε_CO2=0,17;

P_H2OS_эф=0,1715·4,42·101,325=79,84 кПа·м,

при t_Г=1320°С ε΄_H2O=0,28; β=1,08; ε_H2O=0,28·1,08=0,3024;

Тогда степень  черноты газов составит ε_Г=0,17+0,3024=0,4724. Степень развития кладки в зоне кальцинации составляет

 

 

Приведенный коэффициент излучения  равен

 

3,87 Вт/(м²·К⁴).

 

Определяем величину тепловых потоков:

 

181998,1 Вт/м².

 

Средняя скорость движения газов в  зоне кальцинации равна

 

1,53 м/с;

Тогда конвективный тепловой поток

 

q_k=10,467·1,53·(1320-875)=7126,46 Вт/м².

 

С учетом температуры кладки 1100 °С получим

 

54505,21 Вт/м².

 

Длина зоны кальцинации составит

 

6,39 м.

 

Протяженность зон спекания L_сп и охлаждения L_охл рассчитываем по необходимому времени пребывания шихты и спека в печи. Принимаем для зоны спекания τ_сп=0,4 ч, для зоны охлаждения τ_охл=0,25 ч.

Находим скорость движения материалов, принимая угол наклона  печи γ=2,5 %, а скорость вращения печи п=1,0 об/мин. Пусть синус угла естественного откоса материалов в зоне спекания составит 0,8, а для зоны охлаждения - 0,72. Тогда скорость движения материалов в зоне спекания составит

 

а в зоне охлаждения

 

Следовательно, L_сп=17,62·0,4=7,05 м; L_охл=19,58·0,25=4,90 м.

Полная длина печи составит 3,75+23,62+6,39+7,05+4,90=45,71 м. Принимаем полную длину печи 50 м.

 

 
˚С

 

Степень черноты  СО₂ и Н₂О находим по графикам

При P_СО2S_эф =0,1338·7,74·101,325=101,27 кПа·м

 

t_Г=960°C; ε_CO2=0,2

 

Р_H2OS_эф=0,1921·7,47·101,325=145,4 кПа·м;

t_Г=960°С;  ε΄_H2O=0,35; ε_H2O=1,8·0,35=0,63;

ε_Г=0,2+0,63=0,83.

 

Степень развития кладки в зоне подогрева составляет

 

Вт/(м²·К⁴).

 

Определяем  величину теплового потока излучением:

 

 Вт/м².

 

Средняя скорость движения газов в зоне подогрева  равна

 

м/с;

тогда конвективный тепловой поток составит величину

 

q_k=10,476·0,87(960-450)=4648,2 Вт/м².

 

Средняя температура  кладки составит t_k=(960+273)/2=705°С. Тогда

 

Вт/м².

 

Длина зоны подогрева  составит

 

м.

 

В зоне кальцинации  начальную температуру газов  принимаем t_г^н=1400°С; конечную температуру газов t_г^к=1250°С; температуру шихты t_ш=875°С. Средняя температура газов в зоне равна

 

  ˚С.

 

Средняя температуpa кладки в зоне составляет

 

 t_к=(1320+875)/2=1100 °С.

 

Состав газов  в зоне кальцинации (в соответствии с предыдущими расчетами): 11,23% СО₂; 17,15% Н₂O.

В зоне кальцинации происходит термическое  разложение карбонатов, натриевого алюмосиликата, образование основной массы (до 90 %) алюмината и феррита натрия и двухкальциевого силиката, появляется небольшое количество жидкой фазы. Температура шихты на выходе из зоны достигает 1000°С, температура газов на входе в зону - 1400 °С. Унос пыли составляет 25 % от общего пылеуноса.

Теплопотребление в зоне кальцинации  по статьям идет:

• на нагрев шихты (спека) до 1000 °С

 

0,88·128,8·(1000-750)·16=453376 кДж=453,4 МДж,

 

где 0,88 - теплоемкость спека, кДж/(кг·К);

• подогрев пыли до 1250 °С

 

096·41,95·(1250-750)·16=322176 кДж=322,2 МДж,

 

где 0,96 - теплоемкость пыли, кДж/(кг·К);

• нагрев технологических  газов (СО₂) до 1250 °С

 

2,202·14,37·(1250-750)·16=253141,9 кДж=253,14 МДж;

 

• разложение карбонатов. При этом количество СаСО₃ (молекулярная масса - 100) в шихте (в известняке и боксите) (табл. 17) через СаО (молекулярная масса - 56) равно

 

 

Тогда в соответствии с уравнением

 

СаСО_з=СаО+СО₂ - 178000 кДж

 

затраты тепла составят

 

(4+5,365)·16(100/56)·(178000/100)=476277,1 кДж=476,3 МДж.

 

Количество Na₂CO₃ (молекулярная масса - 106) в шихте (в соде и оборотном растворе) через Na₂O (молекулярная масса – 62) равно

 

 

Тогда в соответствии с уравнением

 

Na₂CO₃ =Na₂O+СО₂ - 322000 кДж

 

затраты тепла  будут равны

 

=2791220,65 кДж=2791,22 МДж.

 

При разложении натриевого алюмосиликата количество Na₂O·Аl₂О₃·2SiО₂ (молекулярная масса - 284) на 1 тонну шихты рассчитывают по SiO₂ (молекулярная масса - 60) в белом шламе:

 

0,66·284·16/(2·60)=24,9 кг.

 

Ввиду отсутствия экспериментальных данных по тепловому  эффекту разложения этого соединения принимаем, что он равен тепловому эффекту реакции разложения Na₂O·Аl₂Оз·2SiО_2. Тогда принимаем

 

Na₂O·Аl₂Оз·2SiО₂=Na₂O+Аl₂О₃+2SiO₂ - 261000 кДж;

22883 кДж=22,8 МДж.

 

Теплоту образования  алюмината натрия определяем по содержанию Аl₂О₃ (молекулярная масса 102) в спеке (см. табл. 17) и исходя из уравнения

 

Na₂O+Аl₂О_з=Na₂O·Аl₂О₃ + 230000 кДж.

Тогда 1964470,6 кДж=1964,5 МДж.

 

Теплоту образования  ферритов натрия устанавливаем по Fe₂O₃  (молекулярная масса - 160) в спеке согласно уравнению

 

Na₂O+Fe₂O₃=Na₂O·Fe₂О₃ + 178000 кДж;

409400 кДж=409,4 МДж.

 

Теплоту образования  титаната натрия устанавливаем по TiO₂ (молекулярная масса - 80) в спеке в соответствии с уравнением

 

Na₂O+TiO₂=Na₂O·TiO₂ + 178000 кДж.

 Тогда 60520 кДж=60,5 МДж.

 

Теплоту образования двухкальциевого силиката устанавливаем по СаО (молекулярная масса - 56) в спеке в соответствии с уравнением

 

2СаО+8SiO₂=2CaO·SiО₂ + 119000 кДж,

159205 кДж=159,2 МДж

 

Итого, теплопотребление в зоне кальцинации  составляет

453,4+322,2+253,14+476,3+2791,22-0,9·(22,8+1964,5+409,4+60,5+159,2)=1941,5 МДж.

 

Ширину слоя (хорда l_x) и контактную поверхность его с барабаном (1_q) определим исходя из соотношений размеров сегмента метариалов в поперечном сечении участка. Из практических данных принимаем центральный угол в зоне кальцинации равным 77,5°. Тогда

 

l_x=D_пsinα/2=5sin(77,5/2)=3,13 м.

l_q=πD_пα/360=π·5(77,5/360)=3,38 м.

 

Определяем  эффективную длину лучей газового потока

 

 

где S_пер - периметр свободного сечения печи, м.

 

S_nep= =

 

По практическим данным для зоны кальцинации можно принять коэффициент заполнения барабана печи φ=4,8...7,0 %. Выбираем φ=5,9 %. Тогда

 

;

S_nep= =

 

Степень черноты  для СО₂ и Н₂О в зоне кальцинации находим из состава газов в ней:

 

P_CO2S_эф=0,1123·7,37·101,325=83,86 кПа·м,

 

при t_Г=1320°С ε_CO2=0,17;

P_H2OS_эф=0,1715·7,37·101,325=128,1 кПа·м,

при t_Г=1320°С ε΄_H2O=0,28; β=1,08; ε_H2O=0,28·1,08=0,3024;

Тогда степень  черноты газов составит ε_Г=0,17+0,3024=0,4724. Степень развития кладки в зоне кальцинации составляет

 

 

Приведенный коэффициент излучения равен

 

3,87 Вт/(м²·К⁴).

 

Определяем величину тепловых потоков:

 

181998,1 Вт/м².

 

Средняя скорость движения газов в  зоне кальцинации равна

 

0,89 м/с;

Тогда конвективный тепловой поток

 

q_k=10,467·0,89·(1320-875)=4145,45 Вт/м².

 

С учетом температуры кладки 1100 °С получим

 

54505,21 Вт/м².

 

Длина зоны кальцинации составит

 

6,46 м.

 

Протяженность зон спекания L_сп и охлаждения L_охл рассчитываем по необходимому времени пребывания шихты и спека в печи. Принимаем для зоны спекания τ_сп=0,4 ч, для зоны охлаждения τ_охл=0,25 ч.

Находим скорость движения материалов, принимая угол наклона  печи γ=2,5 %, а скорость вращения печи п=1,0 об/мин. Пусть синус угла естественного откоса материалов в зоне спекания составит 0,8, а для зоны охлаждения - 0,72. Тогда скорость движения материалов в зоне спекания составит