cuptor rotativ

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 H2SO4

2.2 HF

2.3 H2O

93

6,5

0,5

3 Избыток серной кислоты, % 54 Температура серной кислоты, 0С 805 Температура процесса, 0С 2506 Время процесса, час 47 Степень разложения CaF2, % 98,68 Производительность по плавикому шпату, т/час 1

Реакции протекающие в процессе

1)HFCaSOSOHCaF 24422

2)OHSiFHFSiO 242 24

3)224423 COOHCaSOSOHCaCO

4)SHCaSOSOHCaS 2442

5)OHSOSSOHSH 22422 2

6)43442243 333)( POHCaSOSOHPOCa

3 Расчеты

3.1 Материальный баланс процесса разложения

Учитывая состав плавикового шпата, определим расход каждого

химического соединения:

9502

CaFG кг/ч; 252SiOG кг/ч; 19

3CaCOG кг/ч; 4CaSG кг/ч; 2

243 )( POCaG кг/ч.

3.1.1 Расчет реакции 1

401364

9842

782 2HFCaSOSOHCaF

Расход серной кислоты с избытком

,2

42

242

CaF

SOHCaFSOH M

MGG

где 05,1 - коэффициент избытка серной кислоты,

27,125305,178

98950)(42

избSOHG кг/ч.

,2

42

24242 )()( CaF

SOHCaFизбSOHостSOH M

MGGG

где 986,0 - степень разложения CaF2.

39,76986,078

9895027,1253)(42

остSOHG кг/ч,

Расход CaSO4

22,1633986,078

136950

2

4

24

CaF

CaSOCaFCaSO M

MGG

кг/ч,

Расход HF

35,480986,078

40950

2

2

CaF

HFCaFHF M

MGG

кг/ч,

Непрореагировавший CaF2

3,13)986,01(950)1(22 )( CaFостCaF GG кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса этой реакции

Таблица 2 – Материальный баланс

Приходкг/ч

Расходкг/ч

1 CaF2

2 H2SO4(изб)

950

1253,27

1 CaF2(ост)

2 CaSO4

3 HF

4 H2SO4(ост)

13,3

1633,22

480,35

76,39Итого 2203,27 Итого 2203,26

3.1.2 Расчет реакции 2

362

1044

80602 24 OHSiFHFSiO

3,3360

8025

2

2

SiO

HFSiOHF M

MGG

кг/ч,

3,4360

10425

2

4

24

SiO

SiFSiOSiF M

MGG

кг/ч,

1560

3625

2

2

22

SiO

oHSiOOH M

MGG

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 3 – Материальный баланс

Приходкг/ч

Расходкг/ч

1 SiO2

2 HF

25

33,3

1 SiF4

2 H2O

43,3

15Итого 58,3 Итого 58,3

3.1.3 Расчет реакции 3

442

182

1364

9842

1003 COOHCaSOSOHCaCO

551,1905,1100

9819

3

42

342 )( CaCO

SOHCaCOизбSOH M

MGG

кг/ч,

84,25100

13619

3

4

34

CaCO

CaSOCaCOCaSO M

MGG

кг/ч,

36,8100

4419

3

2

32

CaCO

COCaCOCO M

MGG

кг/ч,

42,3100

1819

3

2

32

CaCO

OHCaCOOH M

MGG

кг/ч,

931,0100

9819551,19

3

42

34242 )()( CaCO

SOHCaCOизбSOHостSOH M

MGGG

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 4 – Материальный баланс реакции

Приходкг/ч

Расходкг/ч

1 CaCO3

2 H2SO4(изб)

19

19,551

1 CaSO4

2 H2O

3 CO2

4 H2SO4(ост)

25,84

3,42

8,36

0,931Итого 38,551 Итого 39,551

3.1.4 Расчет реакции 4

342

1864

9842

72SHCaSOSOHCaS

708,505,172

98442

42 )( CaS

SOHCaSизбSOH M

MGG

кг/ч,

55,772

13644

4

Cas

CaSOCaSCaSO M

MGG

кг/ч,

88,172

3442

2

CaS

SHCaSSH M

MGG

кг/ч,

272,0105,172

984142

42 )( CaS

SOHCaSостSOH M

MGG

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 5 – Материальный баланс реакции

Приходкг/ч

Расходкг/ч

1 CaS

2 H2SO4(изб)

4

5,708

1 CaSO4

2 H2S

3 H2SO4(ост)

7,55

1,88

0,272Итого 9,708 Итого 9,708

3.1.5 Расчет реакции 5

362

642

329842

342 2 OHSOSSOHSH

69,505,134

9888,1

2

42

242 )( SH

SOHSHизбSOH M

MGG

кг/ч,

77,134

3288,1

2

2

SH

SSHS M

MGG

кг/ч,

54,334

6488,1

2

2

22

SH

SOSHSO M

MGG

кг/ч,

27,0105,134

9888,11

2

42

242 )( SH

SOHSHостSOH M

MGG

кг/ч,

99,134

3688,1

2

2

22

SH

OHSHOH M

MGG

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 6 – Материальный баланс реакции

Приходкг/ч

Расходкг/ч

1 H2S

2 H2SO4(изб)

1,88

5,69

1 S

2 SO2

3 H2O

4 H2SO4(ост)

1,77

3,54

1,99

0,27Итого 7,57 Итого 7,57

3.1.6 Расчет реакции 6

19643

4084

29442

31043 333( POHCaSOSOHPOCa

99,105,1310

2942

243

42

24342

)()()(

POCa

SOHPOCaизбSOH M

MGG

кг/ч,

63,2310

4082

243

4

2434

)()(

POCa

CaSOPOCaCaSO M

MGG

кг/ч,

26,1310

1962

243

43

24343

)()(

POCa

POHPOCaPOH M

MGG

кг/ч,

095,0105,1310

2942)1(

243

42

24342

)()()(

POCa

SOHPOCaостSOH M

MGG

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 7 – Материальный баланс реакции

Приходкг/ч

Расходкг/ч

1 Ca3(PO4)2

2 H2SO4(изб)

2

2,08

1 CaSO4

2 H3PO4

3 H2SO4(ост)

2,63

1,26

0,19Итого 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 приходакг/ч

Статьи расходакг/ч

1CaF2

2 SiO2

3 CaCO3

4 CaS

5 Ca3(PO4)2

6 H2SO4

7 HF

950

25

19

4

2

1286,299

33,3

1 HF

2 SiF4

3 H2O

4 CO2

5 SO2

6 S

7 CaSO4

8 CaF2

9 H3PO4

10 H2SO4(ост)

480,35

43,3

20,41

8,36

3,54

1,77

1669,24

13,3

1,26

78,053Итого 2319,599 Итого 2319,583

3.2 Тепловой расчет

Уравнение теплового баланса

расхприх QQ ;

.. РЕАКПОТГИПСГАЗРЕАКЭЛPCKФФ QQQQQQQ ;

Приход:

16233600204,854950222

HCaFCaFCaF tcGQ Дж/ч,

370650203,74125222

HSiOSiOSiO tcGQ Дж/ч,

311030205,81819333

HCaCOCaCOCaCO tcGQ Дж/ч,

52664203,6584 HCaSCaSCaS tcGQ Дж/ч,

29884201,7472243243243 )()()( HPOCaPOCaPOCa tcGQ Дж/ч,

2,144456635808,14033,1286424242

HSOHSOHSOH tcGQ Дж/ч,

38841128014583,33 HHFHFHF tcGQ Дж/ч,

Расход:

175087575250145835,480 KHFHFHF tcGQ Дж/ч,

5,76370372505,7053,43444

KSiFSiFSiF tcGQ Дж/ч,

5,21374372250418941,20222

KOHOHOH tcGQ Дж/ч,

17637512509,84336,8222

KCOCOCO tcGQ Дж/ч,

75,3125372503,70677,1 KSSS tcGQ Дж/ч,

55135525062354,3222

KSOSOSO tcGQ Дж/ч,

3058047682508,73224,1669444

KCaSOCaSOCaSO tcGQ Дж/ч,

28575052504,8593,13222

KCaFCaFCaF tcGQ Дж/ч,

5,3410502507,108226,1434343

KPOHPOHPOH tcGQ Дж/ч,

35,273927002508,1403053,78424242

KSOHocmSOHSOH tcGQ Дж/ч,

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

QРСК =144456635,2+3884112=148340747,2 Дж/ч,

Qреакц.газа = 175087575 + 7637037 + 21374372,5 + 1763751 + 312537,75 +

+ 551355 = 206726628,3 Дж/ч,

Qотв.гипс = 305804768+2857505+341050,5+27392700,35 =336396023,9

Дж/ч.

Тепловой эффект реакции определяется по формуле:

Hреакц. = HCaSO4 + 2HHF - HCaF2 - HH2SO4;

Hреакц. = -1424 - 2268,61 + 1214 + 811,3 = 64,08 кДж/моль.

Определим тепло реакции:

Qреакции = (95064,08)/78 =780,46 кДж/ч,

;3,01

..

рскффреакциигипсотвгазареакц

нагр

QQQQQQ

чДжQнагр /4420627274,1,01

2,148340747169978187804609,3363960233,206726628

,

Qпотерь = 0,1420627274,4=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. Qфф

2. Qрск

3. Qэл.нагр.

16997818

148340747,2

420627274,4

1. Qреак.газ

2. Qотв.гипс

3. Qреакции

4. Qпотерь

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:

./67,551000

6,231924

1000

24суткит

GGT

Диаметр барабана:

.78,167,554542,04542,0 34,034,0 мGD T

Длина барабана:

.53,167,5559,259,2 447,0447,0 мGL T

3.3.2 Определение геометрических размеров при помощи отношения

L/D

Задаёмся L/D=10, L=10D.

Диаметр барабана определим по формуле:

,5,2

3

mannV

D

,

M

mann

GV

где - время процесса разложения, 4часа;

М – плотность материала, 2431кг/м3;

- коэффициент заполнения аппарата, 0,2.

,08,192,02431

46,2319 3мV mann

.34,15,2

08,193 мD

Тогда

L=101,34=13,4м.

Принимаем D=1,4м и L=14м.

3.4 Определение мощности

Определим число оборотов барабана:

;13,006,0

Dn

./11,005,04,1

13,006,0собn

Принимаем n=0,1 об/с.

Мощность для вращения барабана:

N = 0,0013D3LCPn;

N = 0,00131,431424310,10,2 = 2,43кВт.

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.

15000

1500