Огневое рафинирование

 

   Расчет горения природного газа.

Химический состав природного газа, %:

CH4 = 95,5;         C2H3 = 1,2;         CO2 = 0,3;             N2 = 3,0.

Расчет на 100м3 природного газа.

На реакцию горения газа требуется кислорода и образуется при этом СO2 и H2O.

1. CH4  + 2O2 = CO2 + 2H2O

1           2          1         2

       95,5         x           y        z

x = 191 м3         y  = 95,5 м3         z = 191 м3

 

2. C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O

             1          3,5          2           3

           1,2           x           y           z

x = 4,2 м3         y = 2,4 м3           z = 3,6 м3

Теоритически требуется кислорода:

191 + 4,2 = 195,2 м3

С учетом избытка воздуха   α = 1,1 требуется кислорода:

195,2 . 1,1 = 214,72 м3

Избыток кислорода составляет:

214,72 – 195,2 = 19,52 м3

С кислородом поступает азота:

214,72 / 21 . 79 = 807,38 м3

Необходимо воздуха:

214,72 + 807,38 = 1022,1 м3  или  1022,1 . 1,29 = 1318,5 кг

В продуктах горения газа содержится:

CO2 = 95,5 + 2,4 = 98,2 м3    или  98,2 . 44 /22,4 = 193,44 кг;

H2O = 191 + 3,6 = 194,6 м3 или  157,37 кг;

N2 = 807,38 + 3 = 810,38 м3 или  1013,97 кг;

O2изб = 19,52 м3 или  27,88 кг.

 

 

 

Таблица №2 Состав продуктов горения газа.

Газы	кг	м3	% (обь)
CO2	193,44	98,2	8,74
H2O	157,37	194,6	17,33
N2	1013,97	810,38	72,18
O2(изб)	27,88	19,52	1,75
ВСЕГО:	1392,66	1122,7	100

 

Таблица №3 Пересчет природного газа на массу

газы	% (обь)	м3	пересчет	кг
CH4	95,5	95,5	95,5 . 16 : 22,4	68,21
C2Н6	1,2	1,2	1,2 . 30 : 22,4	1,6
CO2	0,3	0,3	0,3 . 44 : 22,4	0,6
N2	3,0	3,0	3 . 28 : 22,4	3,75
ВСЕГО:	100	100	-	74,16

 

  Расчет количества воздуха на окисления черной меди:

Количество закиси меди к концу операции окисление черновой меди 8% от веса шихты, т. е. 500 . 0,08 = 40 т.

Количество O2 в закиси меди (Cu2О)

2Cu  -  О

144  -  16

40   -   x

  X = 4,44 т.     или      4440 кг;

В черновой меди имеется 0,4% O2  или   500 . 0,004 = 2 т

                                                               или   2000 кг.

Следовательно, необходимо ввести в ванну печи кислорода:

                     4440 – 2000 = 2440 кг или 1708 м3

С этим кислородам поступит азота:

                   1708 . 79 / 21 = 6422,08 м3.

Теоретически воздуха на окисление требуется:

                  6422,08 + 1708 = 8130,08 м3.

В среднем при плавке α = 0,9.

Практически воздуха требуется:

8130,08 : 0,9 = 9033,42 м3        или     9033,42 . 1,29 = 11653,11 кг.

   Расчет восстановления меди:

В печи имеется 40т Сu2O

В шлаке меди 0,76 т. (табл.1), что в пересчете на закись меди составит:          

0,76 . 144 / 128 = 0,85 т    или    850 кг

Необходимо восстановить закиси меди:

40000 – 850 = 39150 кг.

2Cu2О + С = 4Cu + СО2

288   -   12

39150  -  х     

х = 1620 кг.

  Восстановление производится  мазутом с содержанием углерода 90%. Тогда потребность мазута составит:

1620 : 0,9 = 1800 кг.

 

 

 

 

 

Таблица №4. Суточный материальный баланс плавки.

ПРИХОД	т	РАСХОД		т
1. Черновая медь	416	1. Годные аноды		486
2. Анодные остатки	72	2. Брак		5,5
3. Брак плавки	5,5	3. Скрап		2,65
4. Скрап	2,65	4. Шлак		1,95
5. Изложницы	3,35	5. Выломки		0,3
6. Выломки	0,3	6. Изложницы		3,35
7. Заправочный материал	0,2	7. Дымовые газы		1046,3
8. Природный газ	55	8. Потери		0,25
9. Воздух на горение  топлива	977,85
10. Воздух на окисление меди	11,65
11. Мазут	1,8
ВСЕГО:	1546,3	ВСЕГО:		1546,3

 

            Расчет теплового баланса отражательной печи:

   Приход тепла.

1. Горение топлива:

  Qт = m . Qрн = 55000 . 35000 = 1925000000 кДж.

2. Физическое тепло топлива:

  Qфт = m . c . t = 55000 . 1.54 . 1,54 . 20 = 1701260 кДж.

3. Тепло реакции восстановления:

2Cu2O + C = 4Cu + CO2 + 226100 кДж

      12      -     226100

   1620    -      х          

х = 30500000 кДж.

4. Тепло реакции окисления.

а) 4Cu + O2 = 2Cu2O + 333062 кДж.

     32    -     333062

2440    -     х 

х = 25400000 кДж.

б) Cu2O + Fe =  2Cu + FeO + 10000 кДж

В черновой меди Fe: 416 . 0,075 / 100 = 0,312 т

   56    -    10000

  312   -    х

х = 55700 кДж.

в) Cu2O + Ni =  2Cu + NiO + 80000 кДж

     В черновой меди Ni: 416 . 0,02 / 100 = 0,08 т.

     59    -    80000

     80    -     х

    х = 108000 кДж.

    г) 3Cu2O + Sb = 6Сu + Sb2О3 + 207000 кДж

   В черновой меди Sb:  416 . 0,03 / 100 = 0,12 т

   144    -    207000

   120    -   х

    х = 171800 кДж.

   д) 3Cu2O + As = 6Cu + As2O3 + 130000 кДж

   В черновой меди As:

   416 . 0,075 / 100 = 0,312 т

   207  -   52000

   312  -    х

    х = 78000 кДж.

  ж) 3Cu2O + 2Bi = 6Cu + Bi 2O3 + 87000 кДж

  В черновой меди Bi: 416 . 0.017 / 100 = 0.07 т

  418   -   87000

   70    -    х 

   х = 13920 кДж.

  з) S + O2 = SO2 + 296900 кДж

  В черновой меди S: 416 . 0,386 / 100 = 1,6 т

   32      -    296900

1600    -    х

  х = 14845000 кДж.

 Всего тепла окисления примесей = 40719620 кДж.

5. Физическое тепло мазута:

Qм = m . c . t = 1800 . 1,61 . 20 = 57600 кДж.

 

Расход тепла.

1. Физическое тепло шлака:

Qш = mшл . λшл = 1950 . 1254 = 2470000 кДж.

2. Физическое тепло меди:

Qан = mан . λан = 497800 . 727 = 361000000 кДж.

3. Физическое тепло газов:

Qг = 871916 . 1,4 . 1200 = 1470000000 кДж.

4. Потери тепла во внешнюю среду.

а) окна во время загрузки.

F1 = 1,1 . 1,7 = 1,87 м3

Q1 = 4,96 . (Т / 100)4 F . θ . t = 4,96 (1200 / 100)4 1,87 . 0,9 . 3 . 4,18 = 6386000 кДж.

б) окна, открытые в период окисления и восстановления:

  F2 = 0,5 . 0,5 = 0,25 м2  на два окна 0,5 м2;

   F3 = 0,7 . 0,6 = 0,42 (шлаковые);

   F2 + F3 = 0,5 + 0,42 + 0,92 м2;

   Q2 = 4,96 (1200 / 100)4 0,92 . 0,78 . 3 . 4,18 = 2722000 кДж.

   в) через окна закрытые:

   F = 1,87 на 3 окна 1,87 . 3 = 5,61 м2;

   Q = λ . ( tкл – tв / (S / λ + 0,06)) F . t =

   0,8 . ( 1300 – 40 / (0,19 / 0,8 + 0.06)) 5,61 . 20 . 4,18 = 1730000 кДж.

   г) через кладку печи:

   свод Q1 = λ ((t1 – t2) / S) F . t

   Q1 = 1,39((1200 – 50) / 0,38) 118 . 24 . 4,18 = 49808000 кДж

   Q2 = F . t

  

   Q2 = 60 . 24 . 4,18 = 6825000 кДж.

 

   стенки ванны печи

   Q3 =   F . t

 

  Q3 =   25,7 . 24 . 4,18 = 6638000 кДж.

 

   Всего во внешнюю среду:  74109000 кДж.

 Таблица№5 Тепловой баланс отражательной печи.

ПРИХОД      кДж	%	РАСХОД	кДж	%
1. Горение газа 1925000000	96,34	1. Тепло шлака	2470000	0,12
2. Типло топлива 1701260	0,08	2. Тепло меди	361000000	18,06
3. Реакция востан. 30500000	1,52	3. Тепло газов	1470000000	73,57
4. Реакция окислен. 18469620	2,03	4. Во внешнюю среду	74109000	3,70
5. Тепло мазута 57600	0,03	5. Неучтеное тепло	68149480	4,55
ВСЕГО: 1975728480	100	ВСЕГО:	1975728480	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        2.2 Расчет и выбор оборудования.

   Рассмотрим стационарную медерафинировочную отражательную печь с суточной производительностью 300 т/сутки. Емкость печи составляет 300 т, ее размеры: длинна по кладке 18050 мм, высота по кладке 4600 мм, глубина ванны 760 мм. Характеристика и назначение основных частей печи: рабочая ванна, футерована периклазохромировым кирпичом; загрузочные окна - расположены на передней стенки рабочего пространство печи и предназначены для загрузки шихты; футерованные заслонки  закрывают загрузочные окна, подъем и опускание осуществляется механическим приводом; в них оборудованы окна для подачи воздуха на окисление и подачи мазута на восстановление; шлаковое окно расположено на боковой стене печи, противоположной форкамере и предназначено для съема шлака через него; летка расположена на задней стенке печи. Предназначена для выпуска расплавленного металла из печи в разливочные ковши; нагнетательный вентилятор высокого давления нужен для нагнетания воздуха и сжигание топлива; система сжигания топлива состоит из двух горелочных устройств, вмонтированных в боковую стену печи, противоположной понурой части печи; шибер предназначен для создания внутри печного давления.

   Определим количество печей  П, шт, для выполнения годового  задания:

  П = G : ( £ . 342),

где G – годовая производительность анодного отделения, т;

       £ - суточная производительность  печи, сутки;

    П = 350 000 : (300 . 342) = 3,41.

Следовательно, принимаем четыре печи. Длительность разливки при емкости печи 300 тонн, составляет в среднем 5,5 часов, следовательно, нужная производительность машины около 54 т/час. На каждую печь принимаем одну разливочную машину карусельного типа производительностью 60 т/час, количество изложниц 25. Для снятия анодов с изложниц разливочной машины используем две пневматические анодосъемные машины с механическим приводом, производительность 30 т/час. Для загрузки шихты используем кран грузоподъемностью 3,3 тонны. Вес годных анодов 486 тонн, количество анодов укладываемых на одну вагонетку 34, масса анода 0,31 тонн. Значит на одну вагонетку грузится 34 . 0,31 = 10,54 т, следовательно, количество вагонеток будет равно 486 : 10,54 = 46,1 шт. На четыре печи принимаем 188 вагонеток, грузоподъемностью 10 тонн. На предприятии принимаются шлаковые коробки объемом 0,66 м3. Масса получаемого шлака 1,47 тонн. Следовательно, получаем на четыре печи 1,47 : 2,8 : 0,66 . 4 = 3,18 шт, Значит принимаем четыре шлаковые коробки. Вагонетки для подачи меди имеют грузоподъемность 5 тонн, емкость печи 300 тонн, так как вагонетки используются не одновременно у всех печей, то опытным путем установлено, что их количество можно уменьшить в два раза, следовательно, на четыре печи понадобится  300 : 5 . 4 : 2 = 120 шт.      

                                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       2.3 Расчет аппаратов системы пылеулавливание.

   Большинство пирометаллургических процессов осуществляется при значительны затратах топлива или электроэнергии. Затраты на топливо достигают 70% общих производительных затрат, в то же время до 50 – 70% тепла теряется с газами, шлаками и другими отходами производства, поэтому рациональное использование вторичных энергоресурсов имеет большое хозяйственное значение.

   Тепло отходящих газов  используют для нагрева котлов-утилизаторов в случаях: когда дымовые газы на выходе из печи имеют высокую температуру, когда дымовые газы содержат значительное количество пыли, которая быстро засоряет подогревательные устройства (рекуператоры, регенераторы). Принципиальная схема газо-пылеулавливания для отражательной печи содержит  в себе котел-утилизатор.

   Известны водотрубные и  газотрубные типы котлов-утилизаторов. В котлах первого типа вода циркулирует внутри труб, омываемых водой. При плавильных печах, когда температура отходящих газов выше 700оС, устанавливают водотрубные котлы, которые менее чувствительны к работе на дымовых газах содержащих пыль.