Расчет материального и теплового баланса металлургического процесса
Уравнение теплового баланса на законе сохранения энергии. Пример расчета материального баланса металлургического процесса. Химический состав исходных материалов. Состав входных потоков, поступающих в агрегат. Результаты расчетов энтальпии чугуна.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.10.2013 |
Размер файла | 121,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчет материального и теплового баланса металлургического процесса
1. Общие принципы расчета материального баланса
Металлургический агрегат представляет собой реактор, в который поступают конденсированные и газообразные входные потоки и отводятся металл, шлак и газ.
Уравнение материального баланса для всей системы на уровне входных - выходных потоков имеет вид:
. (1.1)
где К, L - общее количество входных и выходных потоков; Gk, Gl - массы входных и выходных потоков соответственно, кг.
Для любого металлургического процесса выходными потоками являются металл, шлак и газ. С учетом этого, а также при разделении входных потоков на конденсированные и газообразные, уравнение материального баланса можно представить следующим образом:
. (1.2)
где K f, K г, G fk, G гk - количество и масса соответственно конденсированных и газообразных потоков, кг; - масса металла, шлака и газа, кг.
Общая масса веществ, поступающих в систему с входными потоками соответственно равна:
. (1.3)
где N fк, N гк - количество веществ в k-ом потоке; /Rm/k, {Rm}k - содержание вещества Rm в k-ом потоке, %.
Масса веществ выходных потоков определяется массой веществ в металлической, шлаковой и газовой фазах:
, (1.4)
где Nм, Nшл, Nг - количество веществ в металле, шлаке и газе; [Rn], (Rn), {Rn} - содержание n-го вещества в металле, шлаке и газе, %.
Таким образом, материальный баланс на уровне потоков веществ имеет вид:
(1.5)
Для того, чтобы определить состав фаз выходных потоков, составляются уравнения баланса по каждому элементу Еi, который может присутствовать в разных фазах в виде различных соединений:
(1.6)
где , - концентрация m-го вещества, содержащего элемент Еi в k-ом конденсированном либо газообразном входном потоке соответственно, %, [Ei] - концентрация вещества, состоящего из элемента Еi, в металле, %; , - концентрация n-го вещества, содержащего элемент Еi в шлаковой и газовой фазах выходного потока соответственно, %; ,,, - количество веществ, содержащих элемент Еi, в k-ом входном потоке, шлаке и газе, хm, ym - стехиометрические коэффициенты m-го соединения элемента Еi; МЕi, - молярные массы Еi элемента и его соединений, кг/моль.
2. Общие принципы расчета теплового баланса
При выводе уравнений теплового баланса принято, что основными определяющими процессами для теплового состояния системы являются: физическое тепло входных и выходных потоков, химические реакции с соответствующими тепловыми эффектами и теплообмен с окружающей средой. Уравнения теплового баланса базируются на законе сохранения энергии Qприх=Qрасх.
С учетом теплосодержания входных - выходных потоков, общего тепла химических реакций, протекающих в системе, тепла от внешних источников, а также потерь в окружающую среду уравнение теплового баланса имеет вид:
(2.1)
где -энтальпия единицы массы k-го входного и l-го выходного потоков относительно температуры 298К, кДж/кг; К, L - общее количество входных и выходных потоков; Gk, Gl - массы входных и выходных потоков соответственно, кг; Qист, - приход тепла в систему от внешних источников, кДж; Qпот - тепловые потери в окружающую среду, кДж; , - тепловой эффект экзотермических и эндотермических химических реакций, кДж.
Основными статьями приходной части теплового баланса являются тепло жидкого чугуна, тепло экзотермических реакций окисления компонентов шихты газообразным кислородом, тепло реакций шлакообразования и тепло внешних источников тепла.
К расходной части теплового баланса относятся затраты тепла на нагрев металла, шлака, газа, на разложение карбонатов, оксидов железа, испарение влаги и тепловые потери в окружающую среду.
Энтальпия единицы массы жидкого чугуна относительно T= 298 K определяется следующим образом:
, (2.2)
где - изменение энтальпии 1 моля m-го вещества жидкого чугуна при нагреве от 298 К до Tk, кДж/моль; Rmчуг - концентрация вещества Rm в чугуне, %; MRm - молярная масса вещества Rm, кг/моль; Nчуг - количество веществ в чугуне.
Тепловой эффект экзотермических реакций определяется суммой тепловых эффектов реакций окисления железа, углерода, примесей и горения метана.
, (2.3)
где Wэкз - число экзотермических реакций; Hw - тепловой эффект w-ой химической реакции, кДж.
Тепловой эффект w-ой химической реакции рассчитываем по формуле:
, (2.4)
где - стандартный тепловой эффект w-ой химической реакции; - количество молей вещества R, прореагировавшего в w-ой реакции.
Число молей участвовавшего в реакции вещества Rw определяется разностью его содержания во входных - выходных потоках:
. (2.5)
Таким образом, тепловой эффект экзотермических реакций равен:
(2.6)
К экзотермическим реакциям относятся также реакции шлакообразования, тепловой эффект реакций шлакообразования рассчитывается по формуле:
, (2.7)
где - количество соответствующих оксидов в шлаке, кг.
Энтальпию единицы массы металла, шлака и газа рассчитываем аналогично энтальпии единицы массы чугуна:
(2.8)
,
где - изменение энтальпии 1 моля n-го вещества при нагреве от 298 К до Tk, кДж/моль; [Rn], (Rn), {Rn}, - концентрация вещества Rn в металле, шлаке и газе соответственно, %; MRn - молярная масса вещества Rn, кг/моль; Nм, Nшл, Nг - количество веществ в металле, шлаке и газе.
К эндотермическим реакциям относятся реакции разложения оксидов железа, разложения карбонатов и испарения влаги, суммарный тепловой эффект эндотермических реакций рассчитаем по формуле:
(2.9)
С учетом вышеизложенного уравнение теплового баланса имеет вид:
(2.10)
В таблице 1 представлен расчет теплового баланса по статьям.
Таблица 1 - Расчет теплового баланса по статьям
Статья |
Тепловой эффект |
|
Приходная часть |
||
Физическое тепло чугуна |
||
Тепло экзотермических реакций |
||
Тепло шлакообразования |
||
Тепло внешних ист-ков |
||
Расходная часть |
||
Тепло металла |
||
Тепло шлака |
||
Тепло газа |
||
Тепло эндотермических реакций |
||
Тепловые потери |
Qпот |
3. Результаты расчета материального баланса
Рассмотрим пример расчета материального баланса металлургического процесса. В таблице 2 заданы расходы материалов, поступающих в металлургический агрегат. Параметры процесса, необходимые для расчета, и коэффициенты распределения элементов по фазам приведены в таблицах 3-4. Химический состав исходных материалов приведен в таблице 5.
Таблица 2. Исходные данные для расчета. Расходы материалов
наименование материала |
температура, С |
масса, кг |
|
металлошихта |
|||
1.жидкий чугун |
1400 |
25 |
|
2.чушковый чугун |
25 |
0 |
|
3. мет лом |
25 |
90 |
|
4. металлодобавки |
25 |
5 |
|
твердые окислители |
|||
1. агломерат |
25 |
2 |
|
2. железная руда |
25 |
0 |
|
3. окатыши |
25 |
0,8 |
|
4. окалина |
25 |
1 |
|
шлакообразующие |
|||
1. известь |
25 |
7 |
|
2. известняк |
25 |
1 |
|
3. плавиковый шпат |
25 |
0,5 |
|
4. кварцит |
25 |
0,1 |
|
5. боксит |
25 |
0,3 |
|
6. доломит |
25 |
0,2 |
|
науглероживатели |
|||
1. графит |
25 |
0 |
|
2. орешек коксовый |
25 |
0,4 |
|
3. кокс |
25 |
0,5 |
|
4. уголь |
25 |
0,7 |
|
дутье |
|||
1. техн. Кислород, кг |
25 |
3,1 |
|
2. природный газ, кг |
25 |
0,1 |
Таблица 3. Исходные данные для расчета. Параметры процесса.
Параметры процесса |
||
Окисление железа до FeO |
67,00% |
|
Окисление железа до Fe2O3 |
33,00% |
|
Окисление углерода до CO |
90,00% |
|
Окисление углерода до CO2 |
10,00% |
|
Растворение кислорода в металле |
0,100% |
Таблица 4. Исходные данные для расчета. Коэффициенты распределения элементов по фазам
Элемент |
Коэффициенты распределения |
Сумма |
|||
металл |
шлак |
газ |
|||
C |
0,30 |
0,00 |
0,70 |
1,00 |
|
Mn |
0,48 |
0,52 |
0,00 |
1,00 |
|
Si |
0,02 |
0,98 |
0,00 |
1,00 |
|
S |
0,40 |
0,50 |
0,10 |
1,00 |
|
P |
0,90 |
0,10 |
0,00 |
1,00 |
|
Al |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
1,00 |
|
Ca |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
1,00 |
|
Mg |
0,00 |
1,00 |
0,00 |
1,00 |
|
Ni |
0,50 |
0,50 |
0,00 |
1,00 |
|
Ti |
0,10 |
0,90 |
0,00 |
1,00 |
|
V |
0,12 |
0,88 |
0,00 |
1,00 |
|
Cr |
0,16 |
0,84 |
0,00 |
1,00 |
Таблица 5. Исходные данные для расчета. Химический состав материалов
Металлошихта |
FeO |
Fe2O3 |
MnO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
CaF2 |
|
1. Жидкий чугун |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
2. Чушковый чугун |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
3. Металлический лом |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
4. Металлодобавки |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Твердые окислители |
FeO |
Fe2O3 |
MnO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
CaF2 |
|
1. Агломерат мет-кий |
28,00% |
63,71% |
2,00% |
3,00% |
1,00% |
0,80% |
0,41% |
||
2. Железная руда |
12,00% |
62,34% |
0,52% |
11,70% |
7,05% |
1,60% |
2,83% |
||
3. Окатыши |
65,00% |
18,00% |
3,00% |
2,00% |
2,00% |
1,00% |
1,00% |
||
4. Окалина |
30,40% |
67,55% |
1,00% |
1,00% |
|||||
Шлакообразующие |
FeO |
Fe2O3 |
MnO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
CaF2 |
|
1. Известь |
0,50% |
1,50% |
91,80% |
1,80% |
1,00% |
||||
2. Известняк |
1,10% |
0,34% |
0,89% |
65,70% |
1,05% |
0,55% |
|||
3. Плавиковый шпат |
6,00% |
92,00% |
|||||||
4. Кварцит |
5,50% |
93,91% |
|||||||
5. Боксит |
3,00% |
91,00% |
0,99% |
||||||
6. Доломит |
2,20% |
15,00% |
10,00% |
72,80% |
|||||
Науглероживатели |
FeO |
Fe2O3 |
MnO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
CaF2 |
|
1. Зола графита |
1,00% |
7,00% |
1,00% |
56,00% |
7,00% |
2,20% |
25,20% |
||
2. Зола орешка кокс-го |
0,12% |
14,00% |
0,88% |
49,33% |
5,80% |
2,30% |
26,80% |
||
3. Зола кокса мет-го |
14,12% |
0,88% |
49,33% |
5,80% |
2,30% |
26,80% |
|||
4. Зола угля |
0,90% |
7,07% |
1,08% |
59,59% |
6,21% |
2,48% |
22,29% |
Как видно из таблицы 5, с входными потоками в реактор могут поступать различные вещества, среди которых можно выделить следующие: конденсированная фаза - Fe, C, Mn, Si, S, P, Al, Ni, V, Ti, Cr, FeO, Fe2O3, Al2O3, CaO, SiO2, MgO, MnO, P2O5, CaS, CaF2, NiO, V2O5, Cr2O3, TiO2, B2O3; газовая фаза - H2O, CO2, O2, CH4, CO, N2, H2. Элементами, образующими эти вещества являются: Fe, C, O, Mn, Si, S, P, Al, Ca, Mg, H, F, Ni, Ti, V, Cr, N.
Первым этапом расчета является определение масс всех веществ, которые поступают в систему с исходными материалами. Первым этапом расчета является определение масс всех веществ, которые поступают в систему с исходными материалами.
Результаты расчета массы всех веществ, поступивших в систему, представлены в таблице 6.
Затем следует рассчитать массы всех элементов в системе, которые образуют вещества, представленные в таблице 6.
В таблице 7 приведены результаты расчетов масс всех элементов, образующих систему.
Таблица 6. Состав входных потоков, поступающих в агрегат
Вещество |
Расчетная формула |
Молярная масса, кг/моль |
Масса, кг |
% |
|
Fe |
0,056 |
117,8205 |
85,57048135 |
||
C |
0,012 |
2,7759 |
2,016076143 |
||
Mn |
0,055 |
0,445 |
0,323193877 |
||
Si |
0,028 |
0,29 |
0,210620729 |
||
S |
0,032 |
0,08834 |
0,064159432 |
||
P |
0,031 |
0,02265 |
0,016450205 |
||
FeO |
0,072 |
1,4800868 |
1,074955037 |
||
Fe2O3 |
0,160 |
2,1206402 |
1,54017512 |
||
МnO |
0,071 |
0,076276 |
0,055397609 |
||
Al2O3 |
0,102 |
0,4206574 |
0,305514373 |
||
CaO |
0,056 |
7,1528566 |
5,194965072 |
||
SiO2 |
0,060 |
0,4501966 |
0,326968055 |
||
MgO |
0,040 |
0,3116168 |
0,226320543 |
||
TiO2 |
0,080 |
0,01082 |
0,007858332 |
||
V2O5 |
0,182 |
0,01118 |
0,008119792 |
||
P2O5 |
0,142 |
0,0151096 |
0,010973776 |
||
Cr2O3 |
0,152 |
0,011 |
0,007989062 |
||
NiO |
0,075 |
0,011 |
0,007989062 |
||
CaF2 |
0,078 |
0,46297 |
0,3362451 |
||
H2O |
0,018 |
0,191452 |
0,139047448 |
||
CO2 |
0,044 |
0,32 |
0,23240908 |
||
CO |
0,028 |
0 |
0 |
||
N2 |
0,028 |
0,0155 |
0,011257315 |
||
CH4 |
0,016 |
0,1 |
0,072627838 |
||
H2 |
0,002 |
0 |
0 |
||
O2 |
0,032 |
3,0845 |
2,240205649 |
||
Всего: |
137,688252 |
100 |
Таблица 7. Поэлементный состав входных потоков, поступающих в агрегат
Элемент |
Расчетная формула |
% |
|
Fe |
88,83% |
||
C |
1,18% |
||
Si |
0,42% |
||
Mn |
0,36% |
||
Ca |
3,63% |
||
S |
0,04% |
||
P |
0,01% |
||
Ti |
0,00% |
||
Cr |
0,00% |
||
Al |
0,06% |
||
Mg |
0,07% |
||
Ni |
0,00% |
||
V |
0,01% |
||
N |
0,02% |
||
H |
0,01% |
||
F |
0,04% |
||
O |
5,33% |
||
Всего |
100,00% |
Результаты расчетов по составу фаз приведены в таблицах 8-10.
Таблица 8. Состав металла.
Металл |
Fe |
C |
Mn |
Si |
S |
P |
Ti |
|
% |
98,98% |
0,75% |
0,20% |
0,01% |
0,03% |
0,02% |
0,00% |
|
кг |
117,07495 |
0,8814518 |
0,241961 |
0,0100018 |
0,03533 |
0,0263224 |
0,000649 |
|
Итого |
V |
Ni |
Al |
Mg |
Ca |
O |
Cr |
|
100,00% |
0,01% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
|
118,2848139 |
0,0075188 |
0,0043266 |
0 |
0 |
0 |
0,0012042 |
0,000874 |
Таблица 9. Состав шлака.
Шлак |
FeO |
Fe2O3 |
CaO |
MnO |
SiO2 |
Al2O3 |
P2O5 |
|
% |
19,46% |
7,10% |
52,30% |
2,50% |
7,76% |
3,11% |
0,05% |
|
кг |
2,633108 |
0,96066 |
7,075559 |
0,3383798 |
1,050193 |
0,420657 |
0,0066985 |
|
Итого |
MgO |
CaF2 |
CaS |
TiO2 |
V2O5 |
Cr2O3 |
NiO |
|
100,00% |
2,30% |
3,42% |
0,73% |
0,07% |
0,07% |
0,07% |
0,04% |
|
13,52751611 |
0,311616 |
0,4629 |
0,09938 |
0,009738 |
0,00983 |
0,00924 |
0,0055 |
Таблица 10. Состав газа.
Газ |
CO |
CO2 |
N2 |
H2 |
H2O |
SO2 |
Итого |
|
% |
69,58% |
22,56% |
0,27% |
0,00% |
7,28% |
0,31% |
100,00% |
|
кг |
3,978341182 |
1,289631 |
0,0155 |
0 |
0,416452 |
0,017668 |
5,717592182 |
Таким образом, рассчитаны массы выходных потоков - металла, шлака, газа, а также массы и процентное содержание образующих эти фазы веществ. Составляем материальный баланс потоков, веществ и элементов. Баланс потоков представлен в таблице 11, веществ - в таблице 12, элементов - в таблице 13.
Таблица 11. Материальный баланс потоков
Наименование материалов |
Масса материала, кг |
Наименование |
Выход, кг |
|
Металлошихта |
Выходные потоки |
|||
1. Жидкий чугун |
25 |
Металл |
118,2848139 |
|
2. Чушковый чугун |
0 |
Шлак |
13,52751611 |
|
3. Металлический лом |
90 |
Газ |
5,717592182 |
|
4. Металлодобавки |
5 |
|||
Твердые окислители |
||||
1. Агломерат металлургический |
2 |
|||
2. Железная руда |
0 |
|||
3. Окатыши |
0,8 |
|||
4. Окалина |
1 |
|||
Шлакообразующие |
||||
1. Известь |
7 |
|||
2. Известняк |
1 |
|||
3. Плавиковый шпат |
0,5 |
|||
4. Кварцит |
0,1 |
|||
5. Боксит |
0,3 |
|||
6. Доломит |
0,2 |
|||
Науглероживатели |
||||
1. Графит |
0 |
|||
2. Орешек коксовый |
0,4 |
|||
3. Кокс металлургический |
0,5 |
|||
4. Уголь |
0,7 |
|||
Дутье |
||||
1. Технический кислород, кг |
3,1 |
|||
2. Природный газ, кг |
0,1 |
|||
Итого: |
137,70000 |
Итого: |
137,5299222 |
Таблица 12. Материальный баланс веществ
Вещество |
Исходные |
Полученные |
|||
кг |
% |
кг |
% |
||
Fe |
117,8205 |
85,57% |
117,0749546 |
84,67% |
|
C |
2,7759 |
2,02% |
0,881451818 |
0,64% |
|
Mn |
0,445 |
0,32% |
0,24196178 |
0,17% |
|
Si |
0,29 |
0,21% |
0,010001835 |
0,01% |
|
S |
0,08834 |
0,06% |
0,035336 |
0,03% |
|
Ni |
0 |
0,00% |
0,004326667 |
0,00% |
|
Ti |
0 |
0,00% |
0,0006492 |
0,00% |
|
V |
0 |
0,00% |
0,007518857 |
0,01% |
|
C |
0 |
0,00% |
0,881451818 |
0,64% |
|
Cr |
0 |
0,00% |
0,001204211 |
0,00% |
|
P |
0,02265 |
0,02% |
0,026322434 |
0,02% |
|
FeO |
1,4800868 |
1,07% |
2,633108655 |
1,90% |
|
Fe2O3 |
2,1206402 |
1,54% |
0,960669824 |
0,69% |
|
MnO |
0,076276 |
0,06% |
0,338379884 |
0,24% |
|
Al2O3 |
0,4206574 |
0,31% |
0,4206574 |
0,30% |
|
CaO |
7,1528566 |
5,19% |
7,0755591 |
5,12% |
|
SiO2 |
0,4501966 |
0,33% |
1,050192668 |
0,76% |
|
MgO |
0,3116168 |
0,23% |
0,3116168 |
0,23% |
|
TiO2 |
0,01082 |
0,01% |
0,009738 |
0,01% |
|
V2O5 |
0,01118 |
0,01% |
0,0098384 |
0,01% |
|
P2O5 |
0,0151096 |
0,01% |
0,006698541 |
0,00% |
|
Cr2O3 |
0,011 |
0,01% |
0,00924 |
0,01% |
|
NiO |
0,011 |
0,01% |
0,0055 |
0,00% |
|
CaF2 |
0,46297 |
0,34% |
0,46297 |
0,33% |
|
H2O |
0,191452 |
0,14% |
0,416452 |
0,30% |
|
CO2 |
0,32 |
0,23% |
1,289631 |
0,93% |
|
CO |
0 |
0,00% |
3,978341182 |
2,88% |
|
N2 |
0,0155 |
0,01% |
0,0155 |
0,01% |
|
CH4 |
0,1 |
0,07% |
0 |
0,00% |
|
H2 |
0 |
0,00% |
0 |
0,00% |
|
O2 |
3,0845 |
2,24% |
0,00087421 |
0,00% |
|
CaS |
0 |
0,00% |
0,0993825 |
0,07% |
|
SO2 |
0 |
0,00% |
0,017668 |
0,01% |
|
Всего: |
137,688252 |
100,00% |
138,2771974 |
100,00% |
Таблица 13. Материальный баланс элементов
Элемент |
Исходные |
Полученные |
|||
кг |
% |
кг |
% |
||
Fe |
120,4561268 |
87,55229666 |
120,6309412 |
87,53% |
|
C |
2,938172727 |
2,135580623 |
2,938172727 |
2,13% |
|
Si |
0,500091747 |
0,363486542 |
0,500091747 |
0,36% |
|
Mn |
0,504087042 |
0,366390481 |
0,504087042 |
0,37% |
|
Ca |
5,346603799 |
3,886123973 |
5,149507599 |
3,74% |
|
S |
0,08834 |
0,06420902 |
0,079506 |
0,06% |
|
P |
0,029247149 |
0,02125799 |
0,029247149 |
0,02% |
|
Ti |
0,006492 |
0,004718643 |
0,006492 |
0,00% |
|
Cr |
0,007526316 |
0,005470425 |
0,007526316 |
0,01% |
|
Al |
0,222700976 |
0,161867914 |
0,222700976 |
0,16% |
|
Mg |
0,18697008 |
0,135897279 |
0,18697008 |
0,14% |
|
Ni |
0,008653333 |
0,006289586 |
0,008653333 |
0,01% |
|
V |
0,062657143 |
0,0455417 |
0,062657143 |
0,05% |
|
N |
0,0155 |
0,011266016 |
0,0155 |
0,01% |
|
H |
0,046272444 |
0,03363265 |
0,046272444 |
0,03% |
|
F |
0,225549487 |
0,163938325 |
0,038 |
0,03% |
|
O |
6,936924444 |
5,042032175 |
7,397393359 |
5,37% |
|
Всего: |
137,5819155 |
100 |
137,8237192 |
100,00% |
Как следует из таблиц 11-13, общая масса системы не меняется и составляет 137,7 кг.
4. Результаты расчета теплового баланса
Для расчета теплового баланса воспользовались результатами расчетов материального баланса.
Результаты расчетов энтальпии чугуна представлены в таблице 14. В первой строчке таблицы приведен химический состав чугуна; во второй - молярные массы компонентов; в третьей и четвертой - представлены значения удельных энтальпий составляющих чугуна, кДж/моль и кДж/кг; в последней строчке рассчитаны полные энтальпии всех компонентов чугуна с учетом их содержания в чугуне.
Таблица 14. Расчет энтальпии чугуна
Чугун |
Fe |
С |
Mn |
Si |
S |
P |
|
% |
0,9441 |
0,047 |
0,0034 |
0,0044 |
0,0002 |
0,0009 |
|
ДHT0, кДж/моль |
51,35 |
27,54 |
62,84 |
35,86 |
30,19 |
28,21 |
|
М, кг/моль |
0,056 |
0,012 |
0,055 |
0,028 |
0,032 |
0,031 |
|
ДHT, кДж/кг |
916,98 |
2295,35 |
1142,53 |
1280,83 |
943,4 |
910 |
|
ДHT, кДж |
21643,0204 |
2697,03625 |
97,11505 |
140,8913 |
4,717 |
20,475 |
Для расчета энтальпии конечных продуктов - металла, шлака, газа - следует задать их температуру. Параметры процесса, необходимые для расчета теплового баланса, представлены в таблице 15.
Таблица 15. Задание параметров процесса
Параметры процесса |
||
Температура металла, С |
1600 |
|
Температура шлака, С |
1600 |
|
Температура газа, С |
1550 |
|
Тепловые потери в печи, кДж |
1000 |
|
Тепло внешних источников, кДж |
99000 |
Для расчета также необходимы данные по химическому составу и массам фаз. Энтальпию металла, шлака и газа рассчитываем по формулам (2.8):
Результаты расчетов представлены в таблицах 16-18.
Таблица 16. Расчет энтальпии компонентов металлической фазы
Металл |
Fe |
C |
Mn |
Si |
S |
P |
Ti |
|
% |
98,98% |
0,75% |
0,20% |
0,01% |
0,03% |
0,02% |
0,00% |
|
ДHT0, кДж/моль |
66,238 |
32,492 |
72,439 |
91,492 |
34,437 |
32,394 |
54,817 |
|
М, кг/моль |
0,056 |
0,012 |
0,055 |
0,028 |
0,032 |
0,031 |
0,048 |
|
ДHT, кДж/кг |
1182,82 |
2707,64 |
1317,07 |
3267,56 |
1076,16 |
1044,98 |
1142,01 |
|
ДHT, кДж |
138478,598 |
2386,654201 |
318,680602 |
32,68159575 |
38,02719 |
27,50642 |
0,741393 |
|
Металл |
V |
Ni |
Al |
Mg |
Ca |
O |
Cr |
|
% |
0,01% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
0,00% |
|
ДHT0, кДж/моль |
48,804 |
57,985 |
58,666 |
58,848 |
59,874 |
53,906 |
58,916 |
|
М, кг/моль |
0,051 |
0,059 |
0,027 |
0,024 |
0,04 |
0,016 |
0,052 |
|
ДHT, кДж/кг |
956,95 |
982,79 |
2172,82 |
2451,98 |
1496,84 |
3369,11 |
1133,01 |
|
ДHT, кДж |
7,19517033 |
4,252204733 |
0 |
0 |
0 |
4,057118 |
0,990489 |
Таблица 17. Расчет энтальпии компонентов шлаковой фазы.
Шлак |
FeO |
Fe2O3 |
CaO |
MnO |
SiO2 |
Al2O3 |
P2O5 |
|
% |
19,46% |
7,10% |
52,30% |
2,50% |
7,76% |
3,11% |
0,05% |
|
ДHT0, кДж/моль |
157,71 |
242,93 |
83,2 |
85,57 |
115,34 |
272,04 |
223,41 |
|
М, кг/моль |
0,072 |
0,16 |
0,6 |
0,071 |
0,06 |
0,102 |
0,142 |
|
ДHT, кДж/кг |
2190,45 |
1518,31 |
1485,77 |
1205,2 |
1922,28 |
2667,08 |
1573,34 |
|
ДHT, кДж |
5767,69253 |
1458,59461 |
10512,5344 |
407,815458 |
2018,64 |
1121,97 |
10,5398 |
|
Шлак |
MgO |
CaF2 |
CaS |
TiO2 |
V2O5 |
Cr2O3 |
NiO |
|
% |
2,30% |
3,42% |
0,73% |
0,07% |
0,07% |
0,07% |
0,04% |
|
ДHT0, кДж/моль |
79,23 |
248,11 |
86,88 |
116,82 |
300,65 |
216,21 |
96,45 |
|
М, кг/моль |
0,04 |
0,078 |
0,072 |
0,08 |
0,182 |
0,152 |
0,142 |
|
ДHT, кДж/кг |
1980,77 |
3180,86 |
1206,69 |
1460,28 |
1651,92 |
1422,45 |
1286,05 |
|
ДHT, кДж |
617,241209 |
1472,6424 |
119,92389 |
14,22020664 |
16,25225 |
13,1434 |
7,07375 |
Таблица 18. Расчет энтальпии компонентов газовой фазы.
Газ |
CO |
CO2 |
N2 |
H2 |
H2O |
SO2 |
|
% |
69,58% |
22,56% |
0,27% |
0,00% |
7,28% |
0,31% |
|
ДHT0, кДж/моль |
49,88 |
79,91 |
49,2 |
47,38 |
63,92 |
79,66 |
|
М, кг/моль |
0,028 |
0,044 |
0,028 |
0,002 |
0,018 |
0,064 |
|
ДHT, кДж/кг |
1781,36 |
1816,13 |
1757,29 |
23689,37 |
3551,1 |
1244,69 |
|
ДHT, кДж |
7086,857848 |
2342,137548 |
27,23799 |
0 |
1478,8627 |
21,9911 |
Расчет теплового баланса представлен в таблице 19. Невязка теплового баланса, рассчитываемая как относительная разница между приходом и расходом тепла
, составляет 0%.
Таблица 19. Тепловой баланс металлургического процесса
Экзотермические реакции |
67183,98837 |
Эндотермические реакции |
16923,027 |
||
Fe+1/2O2=FeO |
2,633108655 |
8804,237638 |
CaCO3= CaO+CO2 |
1292,16 |
|
2Fe+3/2O2=Fe2O3 |
0,960669824 |
4955,759389 |
/H2O/={H2O} |
82,132908 |
|
C+1/2O2=CO |
1,705003364 |
16333,07972 |
восстановление Fe |
||
C+O2=CO2 |
0,189444818 |
6282,795311 |
(FeO)=Fe+1/2O2 |
4720,9835 |
|
Si+O2=SiO2 |
0,599996068 |
9526,927566 |
(Fe2O3)=2Fe+3/2O2 |
10827,75 |
|
Mn+1/2O2=MnO |
0,262103884 |
1506,75032 |
|||
2Al+3/2O2=Al2O3 |
0 |
0 |
|||
2Р+5/2О2=Р2О5 |
-0,008411059 |
-94,00069623 |
|||
S+O2=SO2 |
0,017668 |
98,90215125 |
|||
... |
Подобные документы
Расчет материального и теплового баланса процесса коксования. Расчет гидравлического сопротивления отопительной системы и гидростатических подпоров. Определение температуры поверхности участков коксовой печи. Теплоты сгорания чистых компонентов топлива.
курсовая работа [154,4 K], добавлен 25.12.2013Технология плавки, расчет ее материального и теплового баланса. Режим дутья в кислородном конверторе. Раскисление стали присадками ферромарганца и ферросилиция. Расход раскислителей. Выход стали после легирования феррохромом. Параметры шлакового режима.
курсовая работа [68,8 K], добавлен 06.04.2015Химический состав пылей медеплавильных предприятий. Расчёт материального баланса по операциям, теплового баланса, выбор и расчёт оборудования. Описание здания, характеристика конструктивных элементов. Использование грузоподъёмно-транспортных средств.
дипломная работа [254,4 K], добавлен 02.02.2011Состав бетонной смеси. Выбор и обоснование режима тепловой обработки. Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы. Составление и расчет уравнения теплового баланса установки. Составление схемы подачи теплоносителя по зонам.
курсовая работа [852,2 K], добавлен 02.05.2016Основы процесса ректификации. Физико-химические свойства нефти и составляющих ее фракций. Выбор варианта переработки нефти. Расчет материального баланса и температурного режима установки. Определение теплового баланса вакуумной колонны и теплообменника.
курсовая работа [127,6 K], добавлен 09.03.2012Описание процесса подготовки твердого топлива для камерного сжигания. Создание технологической схемы производства энергии и тепла. Проведение расчетов материального и теплового баланса котлоагрегата. Методы очистки дымовых газов от оксидов серы и азота.
курсовая работа [871,2 K], добавлен 16.04.2014Способы производства клинкера. Расчет горения топлива, выход газообразных продуктов горения. Определение материального баланса печи и теплового баланса холодильника. Технологический коэффициент полезного действия печи, газообразные продукты на выходе.
курсовая работа [114,7 K], добавлен 26.01.2014Обогрев коксовой батареи. Метрологическое обеспечение технологического процесса. Расчет теплового баланса коксования, материального баланса угольной шихты для коксования, количества газа на обогрев коксовой батареи. Контроль технологического режима.
дипломная работа [230,7 K], добавлен 06.02.2013Краткая теория процесса электроплавки, расчет материального и теплового баланса. Современное состояние автоматизации технологических процессов рудно-термической электроплавки. Характеристика электропечного передела как источника загрязнения атмосферы.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 10.12.2011Микроклимат и его влияние на продуктивность и здоровье животного, роль воздухообмена и теплового баланса. Расчет вентиляции, теплового баланса, их оптимизация. Анализ расчетных материалов. Размещение и режим работы тепловентиляционного оборудования.
курсовая работа [185,0 K], добавлен 21.04.2012Расчет материального баланса плавки в конвертере. Определение среднего состава шихты, определение угара химических элементов. Анализ расхода кислорода на окисление примесей. Расчет выхода жидкой стали. Описание конструкции механизма поворота конвертера.
реферат [413,6 K], добавлен 31.10.2014Выполнение расчетов материального баланса горения топлива, теплового баланса и теплообмена рабочей камеры, определение продолжительности термической обработки стальных изделий (путем малоокислительного нагрева) и производительности камерной печи.
курсовая работа [182,2 K], добавлен 18.04.2010Вагранка как печь для получения чугуна посредствам переплавки металлической шихты с добавлением флюса. Описание технологии плавки, ее основные этапы и правила. Расчет геометрических размеров печи. Составление и анализ материального и теплового баланса.
курсовая работа [374,3 K], добавлен 03.06.2019Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Составление теплового и материального баланса установки. Тепловой баланс отдельных частей воздухоразделительной установки. Расчет процесса ректификации, затраты энергии. Расчет конденсатора-испарителя.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 04.03.2013Сырьё, условия проведения и химизм процесса пиролиза, особенности технологического оформления. Расчёт материального баланса и теплового эффекта процесса пиролиза. Расчёт трубчатого реактора пиролиза, камеры конвекции и закалочно-испарительного аппарата.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.10.2013Тепловой расчет площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора. Уравнение теплового и материального баланса ПГ АЭС. Расчет среднего угла навивки труб поверхности нагрева. Режимные и конструктивные характеристики ступеней сепарации пара.
курсовая работа [252,6 K], добавлен 13.11.2012Сущность ректификации как диффузионного процесса разделения жидких смесей. Построение зависимости давления насыщенных паров от температуры, энтальпийная диаграмма. Расчет материального и теплового баланса колонны, профиля концентраций и нагрузок.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 21.06.2010Промышленные способы получения разбавленной азотной кислоты. Катализаторы окисления аммиака. Состав газовой смеси. Оптимальное содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси. Типы азотнокислотных систем. Расчет материального и теплового баланса реактора.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.03.2015Характеристика сырья, химикатов, готовой продукции. Схема и контроль технологического процесса отбелки хвойной целлюлозы. Расчет материального и теплового баланса производства, количества устанавливаемого основного и вспомогательного оборудования.
дипломная работа [494,3 K], добавлен 08.02.2013Химический состав компонентов шихты. Определение состава доменной шихты. Составление уравнений баланса железа и основности. Состав доменного шлака, его выход и химический состав. Анализ состава чугуна и его соответствие требованиям доменной плавки.
контрольная работа [88,4 K], добавлен 17.05.2015