Щелочные способы получения глинозема

      m_ш = 7789.5 – 2987.6 = 4801.9 кг,

      С(700) – теплоёмкость шихты при 700⁰ С = 0.96 КДж / кг* К,

      q(700) = 0.96* 4801.9* (750 – 150 )= 2765894 КДж.   

8.2.2.  Затраты  тепла на химические реакции  протекающие в этой зоне.

    В этой зоне протекают реакции  (1), (3).

           2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O – 2580 КДж (1);

      2580 – тепловой эффект реакции.

      Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O = Al₂O₃*2SiO₂ + 2H₂O – 934 КДж  (3);

      934 – тепловой эффект.

           Гидроокись алюминия в количестве 1395.18 кг разлагается полностью.  Теплопотребление реакции (1) составит:

      q_1р = 1395.18* 2580 = 3599564 КДж.

           Каолинит в количестве 498.28 кг  разлагается полностью. Теплопотребление  реакции (3) составит:

      q_3р = 498.28* 934 = 465393.52 КДж. 

8.2.3. Нагрев  влаги выделившейся при реакциях (1) и (3) при нагреве до 750 ⁰С. 

          q_н = m_1p* (M_1p^H2O/ M_1p)*(22.4/18)* C_H2O* (750 – t_1p) +

         + m_3p* (M_3p^H2O/ M_3p)*(22.4/18)* C_H2O* (750 – t_3p);

          где m_1p и m_3p – расход гиббсита и каолинита;

           M_1p^H2O и M_3p^H2O – молекулярные массы гиббсита и каолинита;

           t_1p и t_3p – температуры соответствующих реакций;

          q_н = (1395/18* 54* 22.4* 1.57* 200)/(102* 18) +

   + (498.28* 36* 22.4* 1.57* 300)/(258* 18) = 284546.5 КДж.

          Q_п = q(700) + q_1p + q_3p + q_н = 7115398.02 КДж. 

8.2.4. Определение  lx и l_д.

          Данные величины определяются с помощью отношения F_c/R² и математической таблицы.

         Площадь сегмента F_c =(3.14* Д²)*j/4, где j - коэффициент заполнения;

          j = 6.8 %.

         F_c = (3.14* 3.94²* 0.068)/4 = 0.83 м².

          F_c/R² = 0.83* 4/3.94² = 0.21, отсюда a⁰ = 82,5 ⁰, l_x/R = 1.318;

          l_x = 1.318* R = 2.6 м;

          l_д = 3.14* Д*a⁰/360 = 3.14* 3.94* 82.5/360 = 2.84 м. 

8.2.5. Расчёт  тепловых потоков.

        q_л = C_гкм* [(T_г/100)⁴ – (T_ш/100)⁴], КДж/(м²* час);

        q_л¹ = C_км* [(T_г/100)⁴ – (T_ш/100)⁴], КДж/(м²* час);

        q_k = 9*w₀*(t_г – t_ш), КДж/ (м²* час); где,

        С_гкм = 13.82; С_км = 12.56, КДж/(м²* час* К⁴).

        Т_г = t_г + 273 = (1250 + 750)/2 + 273 = 1273 К;

        Т_ш = t_ш + 273 = (150 + 700)/2 + 273 = 698 К;

        Т_к = (Т_г + Т_ш)/2 = (1273 + 698)/2 = 986 К;

        w₀ – средняя по сечению скорость газов

        w₀ = V₀/(F – F_c) = 18.58/(12.19 – 0.83) = 1.64 м/с; 

        q_л = 13.82* [(1273/100)⁴ – (698/100)⁴] = 330039.7 КДж/м²*час;

        q_л¹ = 12.56*[(986/100)⁴ – (698/100)⁴] = 88902.8 КДж/м²*час;

        q_к = 37.68* 1.64* [1000 – 425] = 35533.4 КДж/м²*час. 

        L(под) = 6.62* 7115398/[(330039.7 +35522.4)*2.6 + 88902.8* 2.84] = 39.16 м. 

3. Длина зоны кальцинации (рассчитывается так же, как зона подогрева).

 

8.3.1. Затраты  тепла на нагрев материалов (спека).

        Спек нагреваем в интервале  температур от 700 до 1000 ⁰С.

        С_спека = 0.88 КДж/кг* К, 3747 – количество спека, кг;

        q₁₀₀₀ = 0.88* 3747*(1000 – 700) = 989208 Кдж; 

8.3.2. Затраты  тепла на химические реакции.

       

        Na₂CO₃ + Al₂O₃ = Na₂O*Al₂O₃ + CO₂ – 791 КДж;    (4)

        Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = Na₂O*Fe₂O₃ + CO₂ – 647 КДж;     (5)

        CaCO₃ = СaO +CO₂ – 1780 КДж;     (8) 

        Сода взаимодействует с 1286.3 Al₂O₃ (4) при этом связывается Na₂O в количестве,

      1286* 62/102 = 781.87 кг, где

      62 и 102 – молекулярные веса Na₂O и Al₂O₃ соответственно.

      В результате получилось 2068.169 кг Na₂O*Al₂O₃.

      Теплопотребление  реакции (4) равно:

      q_4p = 2068.169* 791 = 1635921.7 КДж. 

      Сода  взаимодействует с 512.9 Fe₂O₃ (5) при этом связывается Na₂O в количестве,

      519.9* 62/160 = 198.75 кг,

      где 62 и 160 – молекулярные веса Na₂O и Fe₂O₃ соответственно.

      В результате получилось  711.65 кг Na₂O*Fe₂O₃.

      Теплопотребление  реакции (5) равно:

      q_5p = 711.65* 647 = 46043.6 КДж. 

      По  реакции (8) получаем 399.14 CaO, тогда теплопотребление равно;

      q_8p = 399.14* 1780 = 710496.2 КДж. 

      Проверка по материальному балансу Табл.4.

      В реакциях (4) и (5) количество Na₂O равно:

      198.75 + 781.87 = 980.62 кг.

      По  таблице 4 количество Na₂O равно 980.77 кг.

      Отклонение  составляет 0.015 % - это значит, что  другие реакции протекать не будут. 

8.3.3. Затраты тепла на нагрев газов.

        Нагреваем CO₂ от температуры разложения  до 1250 ⁰С;

        Температура разложения известняка 910 ⁰С;

        Масса CO₂, выделившегося по реакции (8), равна 367.68 кг;

        Теплоёмкость CO₂ равна 1.31 КДж/кг* К.

        q_г = 1.31* 367.68* (1250 – 910) = 163764.7 КДж. 

Общее теплопотребление данной зоны равно:

Q_к = q₁₀₀₀ + q_4p + q_5p + q_8p + q_г

Q_k = 989208 + 1635921.7 + 460437.6 + 710469.2 + 163764.7 = 3959801.2 КДж. 

8.3.4. Определяем  длину хорды и дуги.

      Площадь сегмента F_c = 3.14* 3.94²* 0.059/4 = 0.719 м², где

      j = 5.9 %.

      F_c/R² = 0.719/1.97² = 0.1853; a = 77.5 ⁰.

      l_x = 2* 1.97* sin(77.5⁰/2) = 2.466 м.

      l_д = 3.14* 3.94* 77.5/360 = 2.665 м. 

      С_гкм = 14.24 КДж/м²* час* К⁴; С_км = 12.56 КДж/м²* час* К⁴;

      Т_г = t_г + 273 = (1400 + 1250)/2 + 273 = 1598 К;

      Т_ш = (700 + 1000)/2 + 273 = 1123 К;

      Т_к =(1598 + 1123)/2 +273 = 1360 К; 

      Средняя скорость движения газов:

      w₀ = 18.58/(12.19 –0.719) = 1.62 м/с. 

      Тепловые  потоки равны:

      q_л = 14.24* [(1598/100)⁴ – (1123/100)⁴] = 702095.66 КДж/м²* час;

      q_л¹ = 12.56* [(1360/100)⁴ – (1123/100)⁴] = 229920.07 КДж/м²* час;

      q^к = 37.68* 1.62* (1325 – 850) = 28995.68 КДж/м²* час.  

      Длина зоны кальцинации равна:

      L(кальц.) = 6.62*3959801.2/[(702095.66+6925.5)*2.466+229920.07* 2.665] = 11.10 м. 

4. Протяженность зон спекания и охлаждения.

 

L = W_м* t,

где W_м – скорость движения материала, м/час;

t – необходимое время пребывания в печи.

Принимаем t_{cпекания} = 0.4 час; t_охл = 0.25 час.

W_м = 1.88* Д*i*n/Sin(b), где

i – осевой наклон i = 2.0 – 3.0 %. Принимаем 2.5 %;

n – частота вращения печи n = 0.75 – 1.5 об/мин. Принимаем n = 1 об/мин;

b - угол естественного наклона.    Sin(b) = 0.75 – 0.85 для спекания;

             Sin(b) = 0.7 – 0.75 для охлаждения. 

W_мсп = 1.88* 3.94* 2.5* 1.0/0.8 = 23.15 м/час;

W_мох = 1.88* 3.94* 2.5* 1.0/0.72 = 25.719 м/час. 

L(спек) = 0.4* 23.1475 = 9.26 м.

L(охл) = 0.25* 25.719 = 6.43 м. 

Общая длина  печи. 

L = 20.1 + 39.16 + 11.1 + 9.26 + 6.43 = 86.05, примем 86 м. 

5.3. Тепловой баланс  печи. 

Статьи  прихода тепла. 

1.Тепло  от сгорания топлива.

        Q_x = B* Q_н^р = В* 39639.2 КВт. 

2. Физическое  тепло воздуха нагретого до 300 ⁰С.

         Q_в = L_a* C_в* t_в*B = 12.424* 1.315* 300* В = 4901.268* В.

где, С_в – средняя теплоёмкость воздуха в интервале температур 0 – 400⁰ С. 

3. Физическое  тепло шихты.

         Q_ш = С_ш* t_ш* m_ш,

         где m_ш – масса шихты в кг на 1 т готового продукта;

    С_ш – средняя теплоёмкость шихты, КДж/кг* К;

     t_ш  - температура шихты = 50⁰ С;

   Q_ш = 0.96* 50* 7789.47 = 373894.56 КВт. 

4. Тепло  экзотермической реакции, протекающей  в зоне спекания.

         2*CaO + SiO₂ = 2CaO*SiO₂ + 676.2 КДж/ моль.

    Взаимодействует 269.12 кг SiO₂ и 502.24 СaO получается 771.36 2СaO*SiO₂ и при этом выделяется тепло в размере;

    Q_экз = m_p* q_p = 771.36* 676.2 = 521593.6 КВт. 

Статьи  расхода тепла. 

1. Тепло уносимое спеком и пылью.

Q_сп = 1000* С_ш* t_ш; Q_п = m_п* С_п*t_ш, где

1000 –  1т готового продукта;

m_п – выход пыли (20 % от общего), кг/т;

С_п, С_ш – теплоёмкости продукта и пыли, КДж/кг*⁰С;

t_ш – температура продукта и пыли, ⁰С; 

Q_сп = 1000* 3746.8* 0.879 = 3297184 КВт.

Q_п = 0.2* 7789.47* 200* 0.88 = 274189.3 КВт. 

2. Тепло, расходуемое  на испарение гидроскопической влаги.

Q_исп = 2256.7* m_вл = 2256.7* 2721.33 = 6141185.135 КВт. 

3. Тепло эндотермических  реакций.

Q_энд = q_1p + q_3p + q_4p + q_5p + q_8p;

Q_энд = 3599564 + 465393.52 + 1635921.7 + 460437.6 + 710469.2 = 6871786.02 КВт.