Проектировать участок огневого рафинирования с годовой производительностью 123000 тонн анодов в год в условиях ПО «БЦМ»

где - ε_гкм – степень черноты газов, кладки и шихты для анодной печи – 0,85.

Т_г – средняя температура газов в плавильной зоне, ⁰К.

Т_м – средняя температура поверхности ванны, ⁰К, равная в нашем случае 1150⁰С или (1150+273)=1423⁰К.

Чтобы определить Т_г используем уравнение:

                             (2.1.6.)

где Т_г.нач. – начальная температура газов в плавильной зоне равная 1650⁰С или 1923⁰К.

Т_{г.конеч.} – конечная температура газа в плавильной зоне равная 1200⁰С или 1473⁰К.

Подставляя данные в уравнение:

получаем Т_г = 1597⁰К

Определяем q_сум.

q_сум. = 5,2 ∙ 0,85 ∙

= 89792 ккал/м² час

Определяем удельную производительность печи

 mсΔt+λ

где с – теплоемкость меди – 0,092 ккал/кг⁰К.

λ – теплота плавления – 48,59 ккал/кг

 

q_плав. = теплота на 1 т. = 1000х0,092х1423+1000х48,59 = 3,8  м² = 130916 + 48590 = 179506 ккал.

3. Окончательные размеры печи

По удельной производительности подсчитанной ранее – 3,8 м² и производительности печи 250 т/сутки, получаем:

а) площадь пода печи:

250 : 3,8 = 65,78 м²

При ширине печи – 5,3 м получаем длину печи равную:

65,78 : 5,3 = 12,41 метра

Высоту печи оставляем, выбранную  из практических данных – 2,5 метра.

 

 

2.2. Материальный баланс огневого  рафинирования меди

При составлении материального  баланса процесса рафинирования, как правило, не используют вычислений, основанных на расчетах по реакциям, протекающим в процессе, а принимают для расчета практические коэффициенты получаемые на предприятии.

Задаемся: (по данным ПО «Балхашмедь»).

Содержание меди в черновой меди – 98,5%. В анодную печь загружается 18% анодного возврата (из цеха электролиза меди), 1% брака и скрапа анодного цеха и 1% старых изложниц.

Из анодной печи получается, % от веса черновой меди:

- шлака огневого рафинирования  – 3%;

- угара – 0,12%.

Содержание меди, %:

в анодах 99,2%

в шлаке  39%.

Определяем общее количество загруженной  в печь меди:

1. Загружено:

% Cu в т.ч.

а) черновой меди    100 тонн        Cu – 98,8 т.

  (98,8%)

б) анодного возврата   19 тонн   18,848 т.

  (99,2%)

в) анодного скрапа и брака  1,0 тонн   0,992 т.

   (99,2%)

г) изложниц старых   1,0 тонн   0,992 т.

(99,2%) 0,992 т.

Итого      121 т.              119,632 т.

Из этого количества вычитают количество меди, содержащиеся в 

оборотных полупродуктах – (брак анодов, скрап, изложницы и шлак) и

 

в угаре:

а) количество скрапа по меди – 0,992 т.

б) количество изложниц – 0,992 т.

в) количество меди в шлаке: 100∙ 0,39∙ 0,03 = 1,17 т

где 100 – количество черновой меди

0,03 – выход шлака 3%

г) количество меди в угаре 119,632 ∙ 0,0012 = 0,144 т.

119,632 – (0,992 + 0,992 + 1,17 + 0,144) = 116,334 т

Это количество меди входит в состав анодов, содержащих 99,2% меди. Следовательно, вес анодов составит:

116,334 : 0,992 = 117,272 т

Затем суммируем количество получаемых продуктов и вычитаем вес загружаемых материалов:

(117,272 + 1 + 1 + 3 + 0,144) – 121 = 1,416 т.

где: 117,272-  количество анодов

1 – количество брака и скрапа

1 – количество изложниц

3 – количество шлака от черновой  меди

0,144– угар, получили вес материалов перешедших с откосов печи и загружаемых флюсующих материалов, которые задаются для удаления примесей, а также примесей из черновой меди.

Составляем таблицу материального  баланса огневого рафинирования  черновой меди:

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.2.1.

Материальный баланс огневого рафинирования

Статьи	Всего, т	в т.ч.
		%	т
Загружено:
черновой меди	100	98,8	98,9
анодного возврата	19	99,2	18,848
брака и скрапа	1	99,2	0,992
старых изложниц	1	99,2	0,992
Кварца из откосов и примеси  из черновой меди	1,416	-	-
Итого:	122,416		119,632
Получено:
анодов годных	117,272	99,2	116,34
брака и скрапа	1	99,2	0,992
новых изложниц	1	99,2	0,992
шлака	3	39	1,17
угара	0,144		0,144
Итого:	122,416	-	119,632

 

 

2.3. Тепловой баланс процесса  рафинирования черновой меди

(анодной печи)

Технологический процесс рафинирования  черновой меди состоит из следующих периодов:

1. Загрузка и плавление меди
2. Окисление жидкой меди
3. Съем шлака
4. Восстановление меди
5. Розлив анодной меди.

Каждый из этих процессов (периодов) имеет свой тепловой баланс. Наиболее напряженный период – это процесс плавления меди , который и определяет максимальный расход топлива.

Рассчитаем тепловой баланс процесса плавления меди.

Из практики работы предприятий по рафинированию черновой меди принимаем продолжительность стадии загрузки и плавления 6 часов. Производительность печи за одну плавку 250 т., следовательно, часовая производительность по периоду плавления равна:

250 : 6 = 41,6 т/час.

Из практики работы ПО «Балхашмедь» известно, что в анодных печах перерабатывается жидкая черновая медь и твердая медь – это привозная, а также анодный возврат из цеха электролиза меди. Соотношение жидкой и твердой меди как 15:85, т.е. 15% жидкой и 85% твердой меди, в нашем случае это будет:

41,6 ∙ 0,15= 6,24 т/час и твердой 41,6 –6,24= 35,36 т/час.

Для отопления анодных печей  используется мазут состава:

С – 82,5%; Н₂ – 10,6%; N₂ – 0,15%; S – 3,1%; A – 0,3%; W – 3,55%.

При горении мазута (расчет ведем на 100 кг мазута) потребуется  кислорода и образуется продуктов  горения:

1. С + О₂ = СО₂                                                                                                       (2.3.1.)

 кг 

 кг.

2. Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О                                                                                       (2.3.2.)

 кг

 кг.

1. S + О₂ = SО₂                                                                                              (2.3.3.)

 кг

 кг.

Теоретически потребуется кислорода:

220 + 84,8+3,1= 307,9 кг

При плавке меди в анодной печи α = 1,15 и при этом потребуется кислорода:

307,9 ∙ 1,15=354,1 кг.

Избыток кислорода равен:

354,1 – 307,9 =46,2 кг.

Азота поступит с воздухом  (в  воздухе 77% азота весового)

 кг

Воздух = 354,1 + 1185,5 = 1539,6 кг

В отходящих газах будет содержаться:

СО₂ – 302,5 кг

Н₂О – 95 + 3,75 = 98,75 кг

SO₂ – 6,2 кг

N₂ –1185,5+ 0,15 = 1185,65 кг

О₂ –46,2 кг.

 

 

 

Таблица 2.3.1.

Состав газов на 100 кг мазута

№ п/п	Газы	кг	м3	% объемный
1	2	3	4	5
1.	СО2	302,5	302,5 : 44 х 22,4 =154	12,22
2.	SO2	6,2	6,2 : 64 х 22,4 =17	0,17
3.	Н2О	98,75	98,75 : 18 х 22,4 =122,9	9,75
4.	О2	46,2	46,2 : 32 х 22,1 = 32,34	2,57
5.	N2	1185,65	1185,65: 28 х 22,4 = 948,52	75,29
	Всего:	1639,3	1259,93	100

 

Таблица 2.3.2.

Материальный баланс горения мазута

№ п/п	Приход	Вес, кг	Расход	Вес, кг
1	2	3	4	5
1	Мазут	100	Отходящие газы	1639,3
2	Воздух	1539,6	Зола	0,3
	Итого:	1639,6	Итого:	1639,6

 

При сжигании 100 кг мазута выделяется тепла:

38900 х 100 = 3890000 кДж.,

где – 38900 – теплотворная способность  мазута.

Нам неизвестно, сколько необходимо топлива для отопления анодной  печи, поэтому обозначаем его через «х» / час.

Отсюда тепло, необходимое для отопления анодной печи будет:

х ∙ 3890000 кдж/час

 

 

Приход тепла:

1. За счет горения топлива

     х ∙ 3890000

2. Физическое тепло топлива

     Q = mcΔt = x ∙ 1,46 ∙ 90 = 131,4х кДж.,                                                            (2.3.1.)

где m – масса топлива.

1,46 – теплоемкость мазута

90⁰ – температура мазута.

3. Физическое тепло воздуха

Теплосодержание воздуха 1 м³ равно 130,3 кдж (между 0 и 100⁰С) при 20⁰С равно:

130,3 : 100 х 20 = 26,06 кДж на 1 м³.

Количество воздуха: 1539,6 ∙ х  кг или 1539,6 х ∙ 1,29 = 1986,084 ∙ х

где 1,29 – удельный вес воздуха.

Следовательно, физическое тепло воздуха:

1986,00 ∙ 26,06 = 51757,3∙ х кДж.

4. Тепло, вносимое расплавленной  медью:

Q = m∙c₁∙Δt₁ + mλ + mc₂Δt₂,                                                                                    (2.3.2.)

где m – масса в кг – 25000 кг

c₁∙- теплоемкость меди – 0,382 твердой

Δt₁ – температура плавления меди – 1083⁰С

λ – теплота плавления меди – 203,12 кдж/кг

Δt₂ – разность температур 1150 – 1083 = 67⁰С

c₂ – теплоемкость меди жидкой – 0,49.

Q = 25000 ∙ 0,382 ∙ 1083 + 25000 ∙ 203,12 + 25000 ∙ 0,49 ∙ 67 = 16241400 кДж

5. Тепло, вносимое твердой медью:

  Q = m∙c₁∙Δt₁ = 35360 ∙ 0,382 ∙ 20 = 270150,4 кДж,                                            (2.3.3.)

Итого приход тепла:

3890000 ∙ х + 131,4 ∙ х + 51757,3 х+16241400  + 270150,4 =  3941898,7х + 16511550 кДж

 

Расход тепла:

1. Тепло расплавленной меди (всей)

Q = m∙c₁∙Δt₁ + mλ + mc₂Δt₂,                                                                                   (2.3.4.)

где m – общее количество меди за час периода расплавления равное 41600 кг.

c₁ – 0,382

Δt₁ – 1083⁰С

λ – 203,12

c₂ – 0,49.

Δt₂ – (1150 – 1083) = 67⁰С

Q = 41600∙ 0,382 ∙ 1083 + 41600∙ 203,12 + 41600 ∙ 0,49 ∙ 67 = 270025689 кДж

2. Тепло отходящих газов при  температуре 1200⁰С

а) СО₂ = 154,0 ∙ 2,28 ∙ 1200 ∙ х = 421344х

б) SO₂ = 2,17∙ 2,28 ∙ 1200 ∙ х = 5937,12х

в) Н₂О =122,3∙ 1,76 ∙ 1200 ∙ х = 259564,8х

г) О₂ = 32,34∙ 1,5 ∙ 1200 ∙ х = 58212,0х

д) N₂ = 948,52∙ 1,4 ∙ 1200 ∙ х = 1593513,6х

Итого:   2338571,52х

3. Потери тепла. По данным заводской практики потери тепла составляют 23-30%. Принимаем потери 23%.

Следовательно, они равны:

(3941888,7х + 16511550) ∙ 0,23 = 906636,7х + 3797656,5 кДж

Итого расход тепла:

27025689+2338571,5х + 906636,7х + 3797656,5= 30823345,5 + 3245208,22х

Определим расход мазута, т.е. «х»,  которое обозначает 100 кг мазута

3941898,7х + 16511550 = 30823345,5 +3245208,22х

 Х = 20,54,   т.е. часовой  расход мазута при плавлении равен

20,54 ∙ 100 = 2054 кг.

 

 

 

Таблица 2.3.3.

Таблица теплового баланса анодной  печи (периода плавления меди)

№ п/п	Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
1	2	3	4	5	6	7
1.	Горение топлива	7990060		Тепло жидкой меди	27025689
2.	Физическое тепло мазута	2698,956		Тепло отходящих газов	48034259,02
3.	Физическое тепло воздуха	1063094,942		Потери тепла через стенки, излучения и т.д.
4.	Тепло вносимое жидкой медью	16241400		Неучтенные потери
5.	Тепло вносимое твердой медью	84286,924
	Итого:	25381540,38	100	Итого:	25381540,38	100