Принцип дії та конструкція гіпсоварного котла

V(Н₂0)= 0,01*( 2* СН₄+3* С₂Н₆^Р+СО₂^Р+4* С₃Н₈^Р +5* С₄Н₁₀^Р +6* С₅Н₁₂^Р + Н₂0^Р) + (L"_а- L"_о)

V(Н₂0)= 0.01* (164,64+13,23+5,88+3,92+0,588+2,31)+(14,1-13,8)=

=2,206 м³

V(О₂)=0,21*(L"_а- L _о")=0,21*(13,8-9,2)=0,966

V(N₂)=0,79*L" _а +0,01N₂=0,79*13,8+0,01*8,82=10,99

Vq= V(СО₂)+ V(Н₂0)+ V(О₂)+V(N₂)=0,99+2,206+10,99+0,966=15,152

Розрахунок температури горіння   iзаг = (Q^pn + Lа * Сnов* *Тпов)/Vq:

t_пов- температура повітря - 24°С ,С_пов- теплоємність повітря

iзаг = (34713,148+1,3005*13,8*100)/15,15=2409,4 кдж/м³

Користуючись   і-t   діаграмою   визначаємо   температуру   горіння   палива.   Вона складає приблизно 1650°С

i1600=(0,99*2,3556+2,206*1,8762+10,92*1,3754+0,966*1,5379)* *1600/15,15=2436,08 кдж/м³

і1700=(0,99*2,3745+2,206*1,899+10,99*1,3834+0,966*1,5463)* *1700/15,15=2607,49 кдж/м³

Складаємо пропорцію 

2607,49< iзаг< 2436,08

 

2607,49-2436,08=171,41

2489,4-2436,08=53,32

t1=(53,32*100)/171,41=31

tk=1600+31=1631

 

2607,49-2489,4=118,09

2607,49-2436,08=171,41

t2=118,09*100/171,41=68,9

tk=1700-68,9=1631,1

Bизначимо процентний склад продуктів горіння:

%СО2= V(С0₂)/V_q *100=6,5 %

%Н2О=14,6%

%О2=6,4 %

%N2 =72,5 %

Всього: 100%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Матеріальний Баланс.

Матеріальний  баланс процесу горіння на 100м³ газу:

 

Стаття	Кг	стаття	кг
паливо		продукти гориння
СН4=0,717*82,82	59,02	СO2=V(СO2)*100*pСO2	195,72
С2Н6=1,356*4,41	5,98	Н2O=V(Н2O)*100*pН2O	177,36
С3Н8=2,02*1,47	2,97	N2=V(N2)*100*p N2	1374,85
С4Н10=2,84*0,784	2,223	O2=V(O2)*100*p O2	138,04
С5Н12=3,218*0,098	0,315	всього:1886,4
Н2O=0,804*2,31	1,857
O2=1,977*0,098	0,194
N2=1,251*8,82	11,03
повітря
N2=1,251*13,8*79	1364
O2=1,429*13,8*21	414,1
Н20=0,16*d*L0*pН20	24,85	всього:1885,7

Н=(|1885,7-1886,4|)/1886,4*100%=0,04%

 

1. Виходячи з рівняння реакції  і молекулярної маси, розраховуємо  скільки в час виходить напівводяного  гіпсу з 1кг двуводного гіпсу, якщо це 100% гіпс

Q1t= М(СаSО₄ *0,5Н₂0)/М(СаS0₄ * 2Н₂0)=145,14/172,14=0,843 кг/кг

2.Оскільки в хімічному складі  гіпсу наведено кількість чистого  двуводного гіпсу в сировині, то розрахуємо скільки домішок міститься в сировині:

А =100- СаS0₄ * 2Н₂0= 100-83,98=16,02%

3.Вихід з 1кг сировини, що містить  домішки

g1=0,843*(100-А)/100 = 0,708 кг/кг

4.Витрати чистого двуводного гіпсу на отримання 1кг полу водного гіпсу:

Q2t = М(СаS0₄*2Н₂0)/М(СаS0₄ * 0,5 Н₂0)=172,14/145,14=1,186 кг/кг

5.  Кількість сировини, яку потрібно  взяти, щоб отримати 1кг полу  водного гіпсу з урахуванням  домішок: g2=1,186*(100+А)/100=1,186*(100+16,02)/100=1,376 кг/кг

6.  Кількість гідратної води, що виділиться із 1кг чистого  двуводного гіпсу:

Q3t=М (1,5Н₂0)/М (СаS0₄ * 2Н₂0)=27/172,14=0,1568 кг/кг

7.Кількість гідратної води, що  виділиться із 1кг двуводного гіпсу з домішками:

g3=0,1568*(100-А)/100=0,1568*(100-16,02)/100=0,132 кг/кг

8. Кількість гідратної води, що  виділиться при отриманні 1кг  напівводяного гіпсу з урахуванням  домішок:

g4=g3*g2=0,132*1,376=0,1816 кг/кг   

9. Зитрати сировини з доішками, розраховуємо з врахуванням вологості на 1кг полуводного гіпсу

g5=(g2*100)/(100-W)=(1,376*100)/(100-16)=1,638 кг/кг

10. Розраховуємо втрати матеріалу  на задану продуктивність. Для  отримання 4800кг полуводного гіпсу потрібно сухої сировини

Gс =g2 *Ргод=1,376*4800=6604,8 кг/год

11. Для отримання 4800кг полуводного гіпсу потрібно вологої сировини

Gb=g5 *Ргод=1,638*4800= 7962,4 кг/год

Кількість гідратної води, що виділиться за 1-год

СWг= g4* Ргод =0,1816*4800 = 871,68 кг/год

Кількість фізичної вологи, яка виділитися за 1 год роботи котла

Gwф = Gв*W/100= 7862,4*16/100=1237,98 кг/год

11  Кількість домішок, які  містяться у 4800кг напівводяного  гіпсу

Gдом = g2 * Ргод *А/100= 1,376*4800*16,02/100=1038,09 кг

Матеріальний баланс розраховується для 4800кг полуводного гіпсу

Табл3.1

Матеріальний баланс

Прихід	Кг	Витрати	Кг
гіпс(сировина)	7962,4	полуводний гіпс	4800
		гідратна вода	871,68
		фізична вода	1237,98
		Домішки	1038,09
	7962,4	∑	7947,75

 

Н= (|7962,4-7947,75|)7962,4 *100%=0,18%

 

 

 

 

4. Тепловий баланс

Тепловий баланс складається на 1 годину роботи агрегату.

4.1. Витрати тепла

1. Визначимо втрати тепла на  нагрів двуводного гіпсу до температури дегідратації

Qd=Gс*Cр*(t_d,-t₀),де

Gс - маса перероблюваної сировини

С_Р - середня теплоємність гіпсу -1,454 кДж/кг*град

 t_d- температура дегідратації -107 °С

t₀- початкова температура - 20°С

Qd=6604,8*1,454*(107-20)=0,89 * 10^бкДж/год

2. Визначаємо втрати тепла на випаровування фізичної вологи із гіпсового каменю Qw=(2500-4,2 * t₀)*Gwф де

2500 - прихована теплота паро утворювання кДж/кг

4,2 - теплоємність води кДж/кг*град

t₀ - температура вологих матеріалів, поступаючи в котел °С

Qw=(2500 - 4,2*20)*1257,98=3,198 * 10 ⁶кДж/год

З .Втрати тепла на дегідратацію гіпсу

Теплоти дегідратації на 1кг продукту відповідно до практичних даних роботи гіпсованого котла в промисловості

β СаS0₄ * 0,5Н₂0 -582 кДж q1- 80%

а СаS0₄ * 0,5Н₂0 - 570 кДж- q2 -14%

аСαS0₄(розчиний)-835кДж-qЗ-2%

СаS0₄(нерозчинений) - 775кДж-q4 -4%

Q_дег=4800 *(0,8*582+0,14*570+ 0,04*775 + 0,02*835)= 2,97 * *10⁶кДж/год

4.Втрати тепла на перегрів  пари дегідратації Qп=(t_Р.-t_dі)*С_Н20*Gwг

t_Р=150-160°С

Qп =(155-107)*1,51*871,68=63,179 * 10³кДж/год

5.Втрати тепла котлом в навколишнє  середовище складає 5%

Qнавк=В* Q^Рн *0,05=1735,66*В=0,591*10⁶k Дж/год

6. Втрати тепла топкою складають  25%

Qпічк=В* Q^Рн *0,25=8678,29*В=2,946*10⁶k Дж/год

7.Визначмо втрати тепла на  перегрів напівводного гіпсу

Qгіпс=(tр- td)*( Ргод + Gдом)* С_{гіпсового каменю}

Q_гіпс=(155-107)(4800+1058,09)*0,3417=0,096*10⁶кДж/год

8. Розраховуємо затрати тепла на перегрів пари фізичної вологи

Q_пари =1,51 *(t_Р -100)*Gwф=1,51*(155-100)*1257,98= =0,11*10⁶кДж/год

1,51- середня теплоємність в інтервалі  від 100°С до температури перегріву.

 

4.2. Прихід тепла

1.  Прихід тепла (тепло горіння  палива)

Qпал = Q^Рн *В,

В-витрата палива м  ³/г о д

Q_пал =34713,15*В=108,2*10⁶кДж/год

2.  Тепло повітря, яке йде на горіння палива

Q_пов = L_о *Спов* tпов *В= 9,2*1,3005*23*В=0,91*10⁵кДж/год

Прирівнюємо прихід і витрати теплоти. Отримаємо рівняння з одним невідомим.

Q_d+ Q_w + Q_дег + Q_п + Q_навк + Q_пічк+ Q_гіпс+ Q_пари= Q_пал +Q_пов+Q_d+Q_w + + Q_дег + Q_n + Q_гіпс +Q_пари = В*( Q^Рн +Q_пов-Q_навк -Q_пічк)

7,738*10⁶=В*24586,2        В=316,38 м³/год

5.3. Питомі витрати палива

1. Питомі витрати палива на 1кг  гіпсу

Q=В/ Ргод=316,38/4800=0,066 м³/ кг

2.Витрати теплоти на 1кг гіпсу

    Q_тепл=В*Q^Рн/Ргод

   Q_тепл =316,38*34713,15/4800=2288,02 кДж/кг

 3. Витрати умовного палива на 1кг гіпсу

Q_{ум палива}=В*Q^Рн/(Ргод*35400)=0,065 м ³/кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловий баланс:

Прихід	кДж105	%	Витрати	кДж105	%
Горіння палива	108,2	99,16	Нагрів двуводного гіпсу	8,9	8,19
Тепло повітря	0,91	0,84	Випаровування  фізичної вологи	31,98	29,43
			На дегідратацію гіпса	29,7	27,34
			На перегрів пари дегідротації	0,63	0,58
			Витрати на навколишнє середовище	5,91	5,44
			Втрати пічкою	29,46	27,12
			На перегрів гіпсу	0,96	0,88
			На перегрів пари фізичної вологи	1,1	1,02
∑	109,11	100	∑	108,64	100

 

Н =(|109,11-108,64|)/109,11* 100=0,43%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Список використаної літератури

1.   Левченко П.В. «Расчеты печей и сушил силикатной промышленности» Высшая школа М- 1968г.

2.   Бутт Ю.М., Дудеров Г.Н., Матвеев М.А. «Общая технология силикатов» Стройиздат. М.- 1976г.