| 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 H2
SO4
2.2 HF
2.3 H2
O
|
93
6,5
0,5
|
| 3 Избыток серной кислоты, %
|
5
|
| 4 Температура серной кислоты, 0
С
|
80
|
| 5 Температура процесса, 0
С
|
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 H2
SO4(изб)
|
950
1253,27
|
1 CaF2(ост)
2 CaSO4
3 HF
4 H2
SO4(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 H2
O
|
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 H2
SO4(
изб
)
|
19
19,551
|
1 CaSO4
2 H2
O
3 CO2
4 H2
SO4(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 H2
SO4(
изб
)
|
4
5,708
|
1 CaSO4
2 H2
S
3 H2
SO4(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 H2
S
2 H2
SO4(
изб
)
|
1,88
5,69
|
1 S
2 SO2
3 H2
O
4 H2
SO4(
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
|
Расход
|
кг/ч
|
| 1 Ca3
(PO4
)2
2 H2
SO4(
изб
)
|
2
2,08
|
1 CaSO4
2 H3
PO4
3 H2
SO4(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 H2
SO4
7 HF
|
950
25
19
4
2
1286,299
33,3
|
1 HF
2 SiF4
3 H2
O
4 CO2
5 SO2
6 S
7 CaSO4
8 CaF2
9 H3
PO4
10 H2
SO4(
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,
Q
ФФ
=16233600+370650+311030+52654+29884=16997818
Дж/ч,
Q
РСК
=144456635,2
+3884112=148340747,2 Дж/ч,
Q
реакц.газа
=
175087575 + 7637037 + 21374372,5 + 1763751 + 312537,75 +
+ 551355 = 206726628,3 Дж/ч,
Q
отв.гипс
=
305804768+2857505+341050,5+27392700,35 =336396023,9 Дж/ч.
Тепловой эффект реакции определяется по формуле:
D
H
реакц
.
=
D
HCaSO4
+ 2
D
HHF
-
D
HCaF2
-
D
HH2
SO4
;
D
H
реакц.
=
-1424 - 2
×
268,61 + 1214 + 811,3 = 64,08
кДж/моль
.
Определим тепло реакции:
Q
реакции
= (950
×
64,08)/78 =780,46 кДж/ч,
 ,
Q
потерь
= 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.
Q
фф
2.
Q
рск
3. Q
эл.нагр.
|
16997818
148340747,2
420627274,4
|
1.
Q
реак.газ
2.
Q
отв.гипс
3.
Q
реакции
4. Q
потерь
|
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
=10
D
.
Диаметр барабана определим по формуле:
где t
- время процесса разложения, 4часа
;
r
М
– 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
×
r
CP
×
n
×
j
;
N = 0,0013
×
1,43
×
14
×
2431
×
0,1
×
0,2 = 2,43
кВт
.
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.
|
