Щелочные способы получения глинозема

     Соотношение в спеке основных  составляющих определяется составом  применяемого боксита и колеблется  в следующих пределах:

                  50 – 60 % Na₂O*Al₂O₃;

                  15 – 20 % Na₂O*Fe₂O₃;

                  25 –30 % 2CaO*SiO₂; 
 

3. Устройство  и работа вращающихся  печей.

 

     Основной элемент вращающейся печи – металлический барабан. Он сваривается из листового железа толщиной 20 – 30 мм. Как правило, диаметр печи по всей длине одинаков, но в некоторых для изменения скорости движения материала в отдельных зонах при неизменном уклоне диаметр барабана изменяется. Внутри барабан футеруется высокоглинозёмистым или шамотным кирпичом ( толщина футеровки 200 – 300 мм ). Между металлическим кожухом печи и огнеупорной кладкой обычно закладывается тонкий теплоизоляционный слой (10 – 30 мм). Общий вид печи представлен на рисунке (3).

     На наружной поверхности барабана  закрепляются опорные, стальные  бандажи в виде неразрывных колец шириной 400 – 800 мм. Каждый бандаж опирается на ролики, ширина которых на 50 – 110 мм больше ширины бандажа. Опорные ролики установлены на массивных стальных плитах, на железобетонных фундаментах таким образом, что барабан печи имеет небольшой уклон 2 – 3.5 % от его длины. Это обеспечивает перемещение материала внутри печи при вращении барабана. Барабан печи при вращении испытывает напряжение на изгиб между опорами барабана. Их допустимая величина определяет выбор толщины корпуса барабана, диаметр печи, расстояние между опорами, которое может достигать 30 м.

     Барабан вращается вокруг своей  оси со скоростью 0.6 –2.0 об./мин.  При вращении печи барабан  «катается» по опорным роликам.  Чтобы удержать наклонно расположенную  печь от соскальзывания с опорных роликов, их оси устанавливают под небольшим уклоном по отношению к продольной оси печи (от 0⁰ 10` до 0<sup>0</sup> 45`). Величина угла разворота опорных роликов зависит от веса печи, угла наклона барабана и его диаметра. Расположение печи в продольном направлении фиксируется автоматически при помощи специальных упорных роликов с гидроприводами, которые сообщают печи возвратно-поступательное движение с двойным ходом на 50 –100 мм за сутки. Эти ролики фиксируют положение печи вдоль её оси и, следовательно, зацепление венцовой шестерни. Для остановки вращения печи служит электромагнитный фрикционный тормоз. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Топливосжигающие устройства  устанавливаются  в головной части барабана. Головка  печи состоит из топочной камеры, устройства для выгрузки материала и уплотнительного устройства, перекрывающего щель между вращающимся барабаном  и неподвижной топочной камерой. К головке примыкает устье канала, через который полупродукт при помощи течки пересыпается в холодильник.

     Уплотнительные устройства имеют  существенное значение для эффективной  работы как самой печи, так  и холодильника. Это устройство  может быть выполнено в виде, входящих, в друг друга лабиринтных  колец приваренных к корпусу  и к головки печи. Холодный воздух, попадающий в кольцевой канал лабиринтного уплотнения, отсасывается из него вентилятором, что предотвращает попадание воздуха в печь.

     Другая конструкция уплотнительного  устройства состоит из двух  трущихся друг о друга шлифовальных  колец, одно из которых устанавливается на печи, а другое прикреплено к головке печи.

    Противоположная часть печи состоит  из газоотводящей камеры, загрузочного  устройства и уплотнения. Материал  загружается в печь либо в  виде сухой, но чаще всего  гранулированной шихты, либо в виде пульпы с содержанием влаги 40 –42 %.

     Бокситовая шихта загружается  распылением с помощью пульповых  форсунок. Из форсунки пульпа  выбрасывается через сопло в  виде мелких капель. Длина распыления  составляет обычно 10 – 12 м. На  каждую печь устанавливают три-пять пульповых форсунок. Форсунки закрепляют на специальном металлическом щите, заделанном в кладку газоотводящей камеры, и вдвигают в печь примерно на 0.5 м. Угол их поворота относительно оси печи можно регулировать. Большую часть форсунок помещают в нижней части сечения печи под углом к её оси, для того чтобы увеличить дальность и продолжительность полёта материала, а, следовательно, количество получаемого им тепла. Эффективность теплообмена повышается с увеличением тонкости распыления пульпы, однако, при этом значительно возрастает унос материала из печи, что является одним из недостатков данного способа загрузки. Необходимо постоянно контролировать работу форсунок и периодически их прочищать. Сопла форсунок изготовляются из твёрдых сплавов и по мере износа заменяются.

     Для предотвращения пылеобразования  при подачи влажной шихты на  внутренние стенки барабана монтируется  отбойное устройство в виде  связки рельсов длинной 10 –12 м,  закреплённых цепью при помощи  специальных шарниров в холодной части печи. Для того, чтобы улучшить теплоиспользование, в зонах сушки и подогрева устанавливают внутренние теплообменные устройства.

     Наиболее эффективными перегребающими  теплообменными устройствами являются  цепные завесы, которые обычно  выполняются из цепей с круглыми звеньями. Применяют два способа занавески цепей: гирляндами (рис. 4а) и свободными концами (рис. 4б). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 4. Схема  подвески цепей гирляндами (а) и свободными концами (б). 

     Цепная завеса влияет не только  на теплообмен, но и на улавливание пыли, стойкость футеровки и образование настылей.

     Ячейковые теплообменники  (рис.5) выполняются из жаростойких сплавов.  Они монтируются из литых полок  длиной 250 – 400 мм с направляющими  рёбрами, которые способствуют  перемешиванию материала. Эти теплообменники при сохранении неизменной производительности печи снижают температуру отходящих газов и удельный расход тепла. Их установка сокращает свободное поперечное сечение печи, что приводит к возрастанию скорости газов и в результате к увеличению уноса материала. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 5. Схема  ячейкового теплообменника. 

     Вращающиеся печи работают по  принципу противотока. Загружаемые  в барабан материалы двигаются  от газоотводящей головки к  топочной, а дымовые газы в  обратном направлении.

     Производительность вращающейся  печи, а также удельный расход  тепла в ней зависит не только  от её размеров, наклона, скорости  вращения, теплообменных устройств  и др. конструктивных характеристик,  но и от режима работы печи, т.к. при неизменном коэффициенте расхода воздуха он в основном определяется расходом сырья и тепла в единицу времени.

   Холодильники  ТВП охлаждают бокситовый спёк  и подогревают воздух необходимый  для горения топлива. Высокое  качество спёка достигается при  медленном его охлаждении до температур 600 – 700 ⁰С. Дальнейшее охлаждение может производиться с любой скоростью.

    В данной схеме используем  холодильник кипящего слоя. Он  представляет собой камеру прямоугольного  поперечного сечения, футерованную  внутри шамотным кирпичом (рис. 4). В конструкции предусматривается шамотоотделительная камера, находящаяся под загрузочной шахтой. В шамотоотделителе при подаче воздуха через равномерно расположенные по сечению аэрирующие трубки происходит очистка глинозёма от огнеупорного боя, крошки и прочих продуктов истирания шамотного кирпича. Это позволяет повысить качество глинозёма. Холодильник имеет несколько самостоятельных воздушных камер. Специальная конструкция воздухораспределительной решетки обеспечивает равномерное распределение воздуха в воздухораспределительных камерах, компенсацию температурных расширений и исключает просыпание глинозёма в воздушные камеры.

     Конструкция холодильника обеспечивает  нагрев воздуха, поступающего  в печь на горение топлива,  до 600 ⁰С, в результате чего снижается удельный расход топлива на 15 – 18 %; охлаждение температуры 80 – 100 ⁰С; отделение крупнозернистых механических включений из охлаждаемого глинозёма; повышение производительности действующих печей на 12 – 15  %  (при замене холодильников барабанного типа); возможность создания холодильников различных габаритов.

      Конструкция холодильника позволяет  собрать его непосредственно  на месте установки и эксплуатировать  агрегат вне производственных  помещений в любых климатических  условиях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 6. Холодильник  кипящего слоя. 

1. – подина, имеющая  колпачки для подачи воздуха в  холодильник;
2. – отверстие для подачи холодного воздуха;
3. – шамотоотделитель;
4. – вертикальная шахта для загрузки глинозёма;
5. – футеровка;
6. – камера холодильника;
7. – перегородки;
8. – водоохлаждаемые змеевики.

 
 

4. Расчёт  горения топлива.

 

Исходные  данные для расчёта горения топлива  представлены в табл. 1. 
 

                                                            Таблица 1.

Состав мазута, % 

 

     Принимаем коэффициент расхода  воздуха 1.2, а величина химического  недожога 2 % при влажности мазута 13.2 %. 

     Расход кислорода на горение  топлива:

V₀= 0.01[ 1.865*C^p +5.6*H^p + 0.7(S^p +O^p)] = 0.01[159.63 + 57.68 + 0.21] = 2.175 м³/кг 

    Теоретический расход воздуха на горение:

L₀ = (1+K)*V₀ = 4.76 * 2.175 = 10.353 м³/кг  

     Действительный расход воздуха  на горение:

L_альфа = 1.2 * L₀ = 12.424 м³/кг 

     Объемы отдельных составляющих  продуктов сгорания:

V_H2O = 0.01*[ 11.2*H^p + 1.244*W^p] = 0.01[ 115.36 +1.244 * 2.9 ] =1.19 м³/кг

V_RO2 = 0.01*[ 1.867*C^p + 0.7*S^p ]= 0.01 [ 159.63 + 0.35 ] = 1.6 м³/кг

V_N2 = 0.01*[ 0.8*N^p +(K*V₀)/ 0.01) = 0.01[ 0.32 + 817.8 ] = 8.18 м³/кг

V_o^изб = (1.2 – 1)* V₀ = 0.435 м³/кг

V_альфа = 1.6 +8.18 + 0.435 + 1.19 = 11.405 м³/кг 

     Состав продуктов сгорания, %

V_RO2 = 14.03; V_N2 = 71.72; V_O2 = 3.81; V_H2O =10.43. 

     Теплота сгорания топлива:

Q_H^p = 340 * C^p + 1030* H^p – 109*(O^p + S^p) – 25* W^p = 29070 + 10609 + 32.7 – 72.5 =      = 39639.2 КДж/кг 

     Химическая энтальпия продуктов сгорания с учётом химического недожога:

I_x = (1 – 0.02)*Q_H^p/V_альфа = 3406.1 Кдж/кг 

     Содержание воздуха в продуктах  сгорания, %:

V_l = 100* (L_альфа – L₀)/V_альфв = 100* (12.424 – 10.353)/ 11.405 = 18.16 %

     По «i – t» диаграмме вычисляем теоретическую температуру горения мазута. Температура равна 2000 ⁰С.

Действительная  температура при пирометрическом  коэффициенте 0.8 равна 1600 ⁰С. 
 
 

5. Технологический расчёт.

 

1. Материальный  баланс.

 

    Исходные данные для расчёта  материального баланса представлены в табл. 2. , табл.3. 
 
 

                                                      Таблица 2.

Состав боксита, %.