Материльный и конструктивный расчет печи с кипящим слоем для обжига серного колчедана

Серный колчедан (он же пирит) – один из самых распространенных минералов класса сульфидов, FeS₂. Встречается практически во всех видах горных пород в виде мелкозернистых масс или кристаллизованных форм. Чистый серный колчедан содержит 53,5% серы и 46,5% железа. В природном колчедане, кроме серы и железа, содержатся примеси песка, глины, карбонатов, сульфидов цветных металлов, соединений мышьяка, селена, серебра, золота и др.

Флотационный серный колчедан – результат флотации медных руд с низким содержанием меди. Колчедан получают на обогатительных фабриках – с помощью флотационных установок его отстаивают, отфильтровывают и сушат.

Серный колчедан является основным материалом для получения серной кислоты. Полученную в специальных печах газообразную двуокись серы затем окисляют до SO₃, которая абсорбируется водой с образованием серной кислоты. В качестве твердого отхода образуется пиритный огарок.

Пиритные огарки являются отходами, которые образуются при переработке серного колчедана (пирита) в серную кислоту. Пирит дает в среднем 70 % колчеданного огарка, содержащего 2 % невыгоревшей серы. Пиритные огарки состоят в основном из железа и имеют следующий химический состав: Fe₂0₃ 56–77%, Si0₂ 9–22%, Аl₂0₃ 1–18%, СаО 0,8–5%, MgO 0,1–0,2%, кроме того, они содержат в своем составе медь, цинк, свинец, серу, драгоценные металлы, мышьяк, селен. Входящие в состав пиритных огарков растворимые соединения мышьяка легко вымываются атмосферными осадками и загрязняют почвы, поверхностные и подземные воды.

Наиболее целесообразным направлением утилизации пиритных огарков является извлечение цветных и драгоценных металлов. Пиритные огарки являются ценным сырьем в производстве цемента и в черной металлургии. Основным препятствием для использования их в доменных плавках являются высокая степень измельчения, что может вызвать забивание доменной печи, значительные содержания в некоторых видах огарков свинца, меди, цинка, серебра, что осложняет процесс доменной плавки и загрязняет его продукты, а также повышенное содержание серы, что приводит к получению чугуна низкого качества.

I . Материальный расчет

1. Атомный (мольный) вес химических элементов:

- железо – 55,85 » 56 кг/кмоль;

- сера – 32,07 » 32 кг/кмоль;

- кислород – 16 кг/кмоль.

2. Химическая реакция окисления серного колчедана:

4FeS ₂ + 11O ₂= 2Fe ₂ O ₃ + 8SO ₂

3. Массовые стехиометрические соотношения по химической реакции:

4*(56+2*32)+11*2*16=2*(2*56+3*16)+8*(32+2*16)

Итого: 480 + 352 = 320 + 512 

4. Массы веществ, участвующих в химической реакции:

– серного колчедана M_FeS2^хим= 480 кг;

– серы в колчедане M_S^хим= 256 кг;

– всего кислорода M_O2^хим= 352 кг;

– кислорода в двуокиси серы M_O2^газ= 256 кг;

– оксида железа M_Fe2O^хим= 320 кг;

– двуокиси серы M_SO2^хим= 512 кг.

5. Массы веществ, участвующих в химической реакции, с учетом содержания в огарке примеси (X_прим^огар = 0,2) и серы (X_S^огар = 0,02):

– огарка M_огар^факт= M_Fe2O^хим/(1– X _прим^огар– X _S^огар) = 320/(1–0,2–0,02)= 410,2 кг;

– примеси M_прим^факт=M_огар^факт_* X _прим^огар = 410_*0,2= 82 кг;

– серы в огарке M_S^огар= M_огар^факт_* X _S^огар =410_*0,02= 8,2 кг;

– сухого пирита M_пир= M_{Fe S2}^хим+ M_прим^огар = 480+82= 562 кг;

– влаги в пирите (u_вл^пир = 0,02): M_вл^пир = M_{пир *} u_вл^пир/(1–u_вл^пир) = 562 * 0,02/(1–0,02) = 11,5 кг;

– двуокиси серы M_SO2^факт= M_SO2^хим(M_S^хим– M_S^огар)/ M_S^хим= 512*(256–8,2)/256= 495,6 кг;

– кислорода M_O2^факт= M_O2^хим– M_O2^газ_*M_S^огар/ M_S^хим= 352–256_*8,2/256= 343,8 кг.

6. Теоретические массовые расходы на 1 кг сухого пирита:

– огарка g_огар^факт = M_огар^факт/M_пир= 410,2/562= 0,73 кг/кг пир.;

– кислорода g_O2^факт = M_O2^факт/M_пир= 343,8/562=0,61 кг/кг пир.;

– двуокиси серы g_SO2^факт = M_SO2^факт/M_пир= 495,6/562= 0,88 кг/кг пир.;

– влаги g_вл^пир= M_вл^пир/M_пир= 11,5/562= 0,02 кг/кг пир.

7. Плотность газообразных соединений при нормальных условиях (T_о=273 К):

– кислорода r^о_O2=M_O2^мол/V _O2^мол= 32/22,4= 1,43 кг/м³ (н.у.);

– диоксида серы r^о_SO2=M_SO2^мол/V_SO2^мол= 64/22,4= 2,86 кг/м³ (н.у.);

– водяных паров r^о_H2O=M_H2O^мол/V_H2O^мол= 18/22,4= 0,803 кг/м³ (н.у.);

– воздуха r^о_в= 1,293 кг/м³ (н.у.).

8. Теоретические объемы, приходящиеся на 1 кг сухого пирита:

– диоксида серы V ^о_SO2= g_SO2^факт/r_SO2=0,88/2,86= 0,31 м³/кг пир. (н.у.);

– кислорода V ^о_O2=g_O2^факт/r_O2= 0,61/1,43= 0,427 м³/кг пир. (н.у.);

– сухого воздуха V ^о_возд = V ^о_O2/X_O2^возд = 0,427/0,21= 2,03 м³/кг пир. (н.у.);

– водяных паров V ^о_H2O =(g_вл^пир+0,01V ^о_возд) /r_H2O= (0,02+0,01_*2,03)/ /0,803= 0,04 кг/кг пир. (н.у.);

– газообразных продуктов горения V ^о_газ= V ^о_SO2+ V ^о_возд+ V ^о_H2O = =0,31+2,03+0,04= 2,38кг/кг пир. (н.у.).

9. Объемы газообразных компонентов (при избытке воздуха a_в=1,05):

– сухого воздуха V_возд=a_вV ^о_возд= 1,05_*2,03= 2,13 м³/кг пир. (н.у.);

– водяных паров V_H2O = V ^о_H2O+ 0,01V ^о_возд(a_в–1) /r_H2O= 0,04+0,01* _*2,03 _*(1,05–1)/0,803=0,065 м³/кг пир. (н.у.);

– газообразных продуктов горения V_газ= V ^о_SO2+ V_возд+ V_H2O= =0,31+2,13+0,065=2,5 кг/кг пир. (н.у.).

10.Содержание двуокиси серы в газообразных продуктах горения:

X_SO2= V ^о_SO2/ V_газ = 0,31 / 2,5 = 0,124 м³/ м³ газ. или 12,4 %, что соответствует эксплуатационным данным печей обжига пирита в кипящем слое.

II . Конструктивный расчет

1. Объемный расход воздуха при температуре t_в= 20 °С (сжигается B_пир = 14 т/ч = 3,89 кг/с):

V_в^сек= B_пирV_возд T_в/T =3,89*2,13*(273+20)/273= 8,89 м³/с (н.у.).

2. Кинематический коэффициент вязкости воздуха при температуре t_в=20 °С:

n_в = 15,2_*10^–6 м²/с.

3. Плотность воздуха при температуре t_в= 20 °С:

r_в=r^о_в* T_о/T_в =1,293_*273/(273+20) = 1,205 кг/м³.

4. Число подобия Архимеда для частиц огарка в кипящем слое (при плотности огарка r_т=4800 кг/м³, размере частиц d_т= 0,4 мм):

Ar=d³r_т g/(n_в²r_в)=(0,4_*10^–3)³_*4800*9,81/((15,2_*10^–6)² _*1,205)= 10825.

5.Число подобия Рейнольдса для кипящего слоя (при порозности e=0,71):

Re_о=Ar_*e^4,75/(18+0,6 (Ar_*e^4,75)^0,5)= 10825_*0,71^4,75/(18+0,6_{* *}(10825_*0,71^4,75)^0,5) = 46,582.

6. Фиктивная скорость псевдоожижающего воздуха в кипящем слое:

u_o=Re_*n_в/d_т=46,582*15,2_*10^–6/0,4_*10^–3= 1,77 м/с.

7. Расчетный диаметр кипящего слоя в печи обжига пирита:

D_сл=(4_*V_в^сек/(pu_o))^0,5=(4_*8,89/(p*1,77)) ^0,5= 2,23 м.

 

---

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 116; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!