Расчет барабанной вращающейся печи
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, %
|
5
|
4 Температура серной кислоты, 0С
|
80
|
5 Температура процесса, 0С
|
250
|
6 Время процесса, час
|
4
|
7 Степень разложения CaF2, %
|
98,6
|
8 Производительность по плавикому
шпату, т/час
|
1
|
Реакции протекающие в
процессе
1)
2)
3)
4)
5)
6)
3 Расчеты
3.1 Материальный
баланс процесса разложения
Учитывая состав плавикового
шпата, определим расход каждого химического соединения:
кг/ч; кг/ч; кг/ч; кг/ч; кг/ч.
3.1.1 Расчет реакции 1
Расход серной кислоты с избытком
где - коэффициент избытка серной кислоты,
кг/ч.
где - степень разложения CaF2.
кг/ч,
Расход CaSO4
кг/ч,
Расход HF
кг/ч,
Непрореагировавший CaF2
кг/ч.
Составляем таблицу материального баланса
этой реакции
Таблица 2 – Материальный баланс
Приход
|
кг/ч
|
Расход
|
кг/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
76,39
|
Итого
|
2203,27
|
Итого
|
2203,26
|
3.1.2 Расчет реакции 2
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч.
Составляем таблицу материального баланса
Таблица 3 – Материальный баланс
Приход
|
кг/ч
|
Расход
|
кг/ч
|
1 SiO2
2 HF
|
25
33,3
|
1 SiF4
2 H2O
|
43,3
15
|
Итого
|
58,3
|
Итого
|
58,3
|
3.1.3 Расчет реакции 3
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч.
Составляем таблицу материального баланса
Таблица 4 – Материальный баланс
реакции
Приход
|
кг/ч
|
Расход
|
кг/ч
|
1 CaCO3
2 H2SO4(изб)
|
19
19,551
|
1 CaSO4
3 CO2
4 H2SO4(ост)
|
25,84
3,42
8,36
0,931
|
Итого
|
38,551
|
Итого
|
39,551
|
3.1.4 Расчет реакции 4
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч.
Составляем таблицу материального баланса
Таблица 5 – Материальный баланс
реакции
Приход
|
кг/ч
|
Расход
|
кг/ч
|
1 CaS
2 H2SO4(изб)
|
4
5,708
|
1 CaSO4
2 H2S
3 H2SO4(ост)
|
7,55
1,88
0,272
|
Итого
|
9,708
|
Итого
|
9,708
|
3.1.5 Расчет реакции
5
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч.
Составляем таблицу материального баланса
Таблица 6 – Материальный баланс
реакции
Приход
|
кг/ч
|
Расход
|
кг/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
0,27
|
Итого
|
7,57
|
Итого
|
7,57
|
3.1.6 Расчет
реакции 6
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч,
кг/ч.
Составляем таблицу материального баланса
Таблица 7 – Материальный
баланс реакции
Приход
|
кг/ч
|
1 Ca3(PO4)2
2 H2SO4(изб)
|
2
2,08
|
1 CaSO4
2 H3PO4
3 H2SO4(ост)
|
2,63
1,26
0,19
|
Итого
|
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
прихода
|
кг/ч
|
Статьи
расхода
|
кг/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
78,053
|
Итого
|
2319,599
|
Итого
|
2319,583
|
3.2 Тепловой расчет
Уравнение теплового баланса
;
;
Приход:
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Расход:
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
Дж/ч,
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:
DHреакц. = DHCaSO4 + 2DHHF - DHCaF2 - DHH2SO4;
DHреакц.
= -1424 - 2×268,61 + 1214 + 811,3 = 64,08 кДж/моль.
Определим
тепло реакции:
Qреакции = (950×64,08)/78 =780,46 кДж/ч,
,
Qпотерь = 0,1×420627274,4=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:
Диаметр
барабана:
Длина
барабана:
3.3.2
Определение геометрических размеров при помощи отношения L/D
Задаёмся
L/D=10, L=10D.
Диаметр
барабана определим по формуле:
где t - время процесса разложения, 4часа;
rМ – плотность материала, 2431кг/м3;
j
- коэффициент заполнения аппарата, 0,2.
Тогда
L=10×1,34=13,4м.
Принимаем
D=1,4м и L=14м.
3.4 Определение
мощности
Определим
число оборотов барабана:
Принимаем n=0,1 об/с.
Мощность
для вращения барабана:
N = 0,0013×D3×L×rCP×n×j;
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.