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

6,5

0,5

3 Избыток серной кислоты, %

4 Температура серной кислоты, 0С

5 Температура процесса, 0С

250

6 Время процесса, час

7 Степень разложения CaF2, %

98,6

8 Производительность по плавикому шпату, т/час

Реакции протекающие в процессе

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.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 3 – Материальный баланс

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 SiO2

2 HF

33,3

1 SiF4

2 H2O

43,3

Итого

58,3

Итого

58,3

3.1.3 Расчет реакции 3

кг/ч,

кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 4 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 CaCO3

2 H2SO4(изб)

19,551

1 CaSO4

2 H2O

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.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 5 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 CaS

2 H2SO4(изб)

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.

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.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 7 – Материальный баланс реакции

Приход

кг/ч

Расход

кг/ч

1 Ca3(PO4)2

2 H2SO4(изб)

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

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,

Расход:

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;

N = 0,0013×1,43×14×2431×0,1×0,2 = 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.

В соцсетях