Download - 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