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 ФФ1.2 CaF21.3 SiO21.4 CaCO31.5 CaS1.6 Ca3 (PO4)2 |
95Б95,02,51,90,40,2 |
|
2 Состав серной кислоты, %2.1 H2SO42.2 HF2.3 H2O |
936,50,5 |
|
|
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 CaF22 H2SO4(изб) |
9501253,27 |
1 CaF2(ост)2 CaSO43 HF4 H2SO4(ост) |
13,31633,22480,3576,39 |
|
|
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 SiO22 HF |
2533,3 |
1 SiF42 H2O |
43,315 |
|
|
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 CaCO32 H2SO4(изб) |
1919,551 |
1 CaSO42 H2O3 CO24 H2SO4(ост) |
25,843,428,360,931 |
|
|
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 CaS2 H2SO4(изб) |
45,708 |
1 CaSO42 H2S3 H2SO4(ост) |
7,551,880,272 |
|
|
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 H2S2 H2SO4(изб) |
1,885,69 |
1 S2 SO23 H2O4 H2SO4(ост) |
1,773,541,990,27 |
|
|
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 |
Расход |
кг/ч |
|
1 Ca3(PO4)22 H2SO4(изб) |
22,08 |
1 CaSO42 H3PO43 H2SO4(ост) |
2,631,260,19 |
|
|
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 |
|
1CaF22 SiO23 CaCO34 CaS5 Ca3(PO4)26 H2SO47 HF |
9502519421286,29933,3 |
1 HF2 SiF43 H2O4 CO25 SO26 S7 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,
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,
,
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. Qфф2. Qрск3. Qэл.нагр. |
16997818148340747,2420627274,4 |
1. Qреак.газ2. Qотв.гипс3. Qреакции4. Qпотерь |
206726628,3 336396023,978046042062727,44 |
|
|
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 — время процесса разложения, 4часа;
М — плотность материала, 2431кг/м3;
— коэффициент заполнения аппарата, 0,2.
Тогда
L=101,34=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 = 0,0013D3LCPn;
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.
