Материальный и тепловой баланс передела кальцинации при производстве глинозема из нефелинового концентрата при производительности 300 тыс.т/год

Санкт-Петербург, 2010

Аннотация

В данном курсовом проекте представлен расчет передела кальцинации производства глинозема из нефелинового концентрата. Теоретическая составляющая проекта включает технологическое описание процесса кальцинации и его основные характеристики. Расчетная часть состоит из расчета материального и теплового баланса процесса, расчета основных размеров печи. Графическая часть проекта представлена чертежом печи кальцинации.

The summary

In the given academic year project repartition calculation кальцинации manufactures of alumina from нефелинового a concentrate is presented. The theoretical component of the project includes the technological description of process кальцинации and its basic characteristics. The settlement part consists of calculation of material and thermal balance of process, calculation of the basic sizes of the furnace. The graphic part of the project is presented by the furnace drawing кальцинации.

Оглавление

The summary

Введение

Кальцинация - это завершающий передел в получения глинозема, от которого напрямую зависит качество полученной продукции. Качество глинозема определяется чистотой, дисперсностью и фазовым составом. Для получения заданных свойств глинозема необходимо процесс кальцинации проводить в оптимальных условиях, к которым относятся температурный режим, аппаратурное оформление, заполнение печи, время пребывания гидроокиси в печи. Данные параметры процесса вычисляются расчетным путем, а также использованием опытно-производственных данных.

Расчет процесса представляет собой основу проектирования и ведения производства. Выполняемый курсовой проект - это приобретение навыков и опыта расчета процесса. В проекте представлены технологические расчеты кальцинации гидроокиси алюминия, состоящие из материального и теплового баланса, на основе которых определяются основные размеры трубчатой печи кальцинации.

1. Основные теоретические сведения

Кальцинация - это процесс обжига гидроокиси алюминия при температуре выше 1100-1300°С с получением технической окиси алюминия - металлургического глинозема для электролитического производства алюминия и неметаллургического глинозема для различных отраслей промышленности (электротехнической, электровакуумной, автомобильной, керамической и т.д.).

При обжиге материала последовательно протекают процессы сушки и дегидратации алюминия и прокалка окиси алюминия, сопровождающаяся частичной перекристаллизацией -Аl₂O₃ в -Аl₂O₃:

Металлургический глинозем получают прокалкой при1200 - 1250 °С в течение 15-30 мин. В этих условиях вследствие малой скорости превращения -Аl₂O₃ в -Аl₂O₃ в конечном продукте содержится 25-60 % -Аl₂O₃ и 40 - 75 % -Аl₂O₃. Такой глинозем в отличие от 100 %-ной -Аl₂O₃ практически не гигроскопичен.

Неметаллургический глубоко прокаленный глинозем, содержащий > 85 % -Аl₂O₃, получают при 1300 -1400 °С, а активный -Аl₂O₃ - при 900-1100°С.

Технологические и аппаратные условия осуществления процесса должны обеспечивать: 1) минимальный удельный расход топлива; 2) минимальные капитальные и эксплуатационные затраты; 3) получение готовой продукции нужного качества.

Железо и кремний как более электроположительные, чем алюминий элементы, попадают при электролизе криолитоглиноземных расплавов в металлический алюминий, загрязняя его. Щелочь и вода переводят дорогостоящий AlFз в электролите в NaF и газообразный HF. Поэтому процесс кальцинации не должен сопровождаться значительным загрязнением глинозема вредными примесями.

Содержание примесей в глиноземе почти целиком зависит от чистоты исходной гидроокиси алюминия; некоторые расхождения обычно наблюдаются только в содержании Na₂O; SiO₂ и Fe₂O₃; Na₂O остается меньше из-за улетучивания, a SiО₂ и Fe₂О₃ -больше за счет истирания футеровки в печи, особенно в зоне высоких температур, так как от колебаний температуры огнеупор раскалывается и выкрашивается. Очень важно, поэтому для печи выбрать огнеупоры твердые, прочные, термостойкие и хорошо выдерживающие теплосмены. В зоне высоких температур печь выкладывают шамотом с большим содержанием глинозема.

В процессе обжига удаление воды (п.п.п.) происходит до 400 - 500 °С.

Металлургический глинозем содержит обычно 0,5 - 0,5 % Na₂О.

Скорость процессов сушки и дегидратации гидроокиси алюминия определяется в основном скоростью тепло- и массообмена.

В настоящее время в отечественной и мировой практике глиноземного производства применяются в основном типовые аппаратурные схемы, включающие следующее оборудование: 1) вращающиеся трубчатые печи; 2) вращающиеся барабанные или рекуперативные планетарные холодильники (рекуперативные холодильники в отечественной промышленности не применяются); 3) систему пылеулавливания и пылевозврата; 4) систему пневмотранспорта готового глинозема.

Рис. 1. Аппаратурная схема кальцинации гидроокиси алюминия

Типовая схема процесса кальцинации приведена на рис.1. Отфильтрованная и промытая гидроокись алюминия влажностью 10--12% подается через загрузочный бункер в смесительное устройство 1, куда одновременно поступает оборотная пыль, уловленная в системе газоочистки (в пылевой камере 2 и электрофильтрах 3). Из смесителя гидроокись поступает во вращающуюся печь 4, где перемещается навстречу горячим газам и постепенно нагревается до требуемой температуры. Прокаленный материал (глинозем) поступает из печи в холодильник 5, в котором охлаждается воздухом, и высыпается на транспортер, подающий глинозем в нагнетательный резервуар 6, а затем пневмотранспортом -- в силосы или на склад готовой продукции 7. Отходящие из печи газы выбрасываются в атмосферу дымососом 8; им же создается необходимая тяга в печи.

Топливом для печей кальцинации служит природный газ или высококачественный малосернистый мазут. Перед подачей в печь мазут нагревают до 90 - 100°С и подают под давлением 20 ат. Использование природного газа в печах кальцинации дает некоторые преимущества перед мазутом: лучше условия труда; меньше загрязненностьглинозема; точное регулирование формы и длины факела при работе на газе обеспечивает создание более благоприятного теплового режима в печи и повышает стойкость футеровки. Для сжигания топлива подается нагретый воздух из холодильника, а недостающая часть воздуха -- из атмосферы.

Печь по длине условно можно разбить на пять зон соответственно протеканию определенных физико-химических процессов: 1) зона сушки; 2) зона дегидратации (обезвоживания); 3) зона подготовки; 4) зона прокалки; 5) зона охлаждения. Длина этих зон зависит от производительности и размеров печи.

Основными показателями работы печей кальцинации являются производительность и расход топлива. Производительность печи определяется в основном ее размерами, но также тепловым режимом и степенью равномерности питания ее гидроокисью и оборотной пылью. При нормальном тепловом режиме кальцинации температура отходящих газов составляет примерно 250°С, что служит надежным, критерием обеспечения оптимальной температуры материала в зоне прокалки 1250°С. При хорошем сжигании топлива и отсутствии лишних подсосов воздуха в системе обычно в отходящих газах содержится 13-15% СО₂ и не более 0,8% СО.

Основные показатели работы некоторых печей приведены ниже:

диаметр. . . . . . . .3,0/3,83,5/3,83,6/4,04,5

длина. . . . . . . . . .51,37575110

Производительность, т/ч8,514,016,026,5

Число оборотов в минуту0,75-1,50,75-1,50,75-1,50,75-1,5

Наклон, %. . . . . . . . . . . . .2,53,02,52,5

Удельный расход тепла,

ккал/кг. . . . . . . . . . . . . . . .1400130013001250

Температура отходящих

газов, °С. . . . . . . . . . . . 350250250200

Время пребывания в печи

Al₂O₃, мин . . . . . . . . . . . . 107110155100

Мощность привода, кВт65,0120,0160,0400,0

Конструкция вращающейся печи для кальцинации аналогична таковой для спекания. Печь представляет собой клепаный или сварной барабан из листовой стали, футерованный внутри (кроме зоны сушки) огнеупорным кирпичом и опирающийся в нескольких местах на ролики. Барабан имеет уклон в 2--3% от общей длины печи, обеспечивающий передвижение материала при вращении. Иногда печь делают с расширением в тех зонах, где требуется увеличить время пребывания материала.

В зоне сушки барабан не футерован; в зоне дегидратации толщина футеровки составляет обычно 200 мм, а в высокотемпературных зонах 250 мм. Со временем футеровка истирается, особенно в зоне высоких температур. При разогреве печи и остановках, т. е. в результате резких температурных колебаний, происходит также раскалывание кладки и откалывание от нее мелких частичек (выкрашивание). Поэтому футеровка для печей кальцинации должна быть стойкой и прочной, так как крошка огнеупорного кирпича попадает в глинозем. Для низкотемпературных зон применяют шамот, содержащий до 42% Аl₂O₃, а для высокотемпературных зон - стойкий высокоглиноземистый шамот, содержащий до 70--80% Аl₂O₃.

Смесь гидроокиси с оборотной пылью подают в печь по наклонной загрузочной трубе, входящей в холодную часть печного барабана. В холодном, не футерованном конце барабана, имеются металлические лопасти и полки специальной конфигурации, с помощью которых некоторое количество влажного материала поддерживается во взвешенном состоянии, что создает условия для лучшего теплообмена между гидроокисью и газами, а также улавливается выносимая с газами пыль.

В горячем конце печной барабан входит в футерованную топливную головку печи. Головка плотно примыкает к барабану; она обычно устанавливается на рельсах и может откатываться. Зазор между барабаном и топливной головкой хорошо уплотняется. С наружной стороны в головке имеются отверстия для форсунок, смотровые окошечки и дверца для обслуживания печи при остановке. В нижнюю часть топливной головки вмонтирована течка, через которую горячий глинозем ссыпается в холодильник. кальцинация глинозем тепловой печь

Отсос запыленных газов из печи, подача их в систему газоочистки и выброс очищенных газов в атмосферу осуществляется дымососом (центробежным вентилятором), который также создает нужную тягу в печи (разрежение). Регулировка тяги производится с топочной площадки с помощью шиберов или заслонок, установленных в газоходе. Шибер -- это свободно передвигающаяся вверх и вниз чугунная плита, подвешенная на стальном тросе к блоку. Регулировочной заслонкой служит помещенный внутри газопровода диск, поворотом которого изменяется живое сечение газопровода.

Система обеспыливания в схеме кальцинации состоит обычно из двух ступеней: 1) осаждение грубой пыли в пылевых камерах (иногда также в циклонах, расположенных за пылевыми камерами); 2) осаждение тонкой пыли в электрофильтрах.

2. Материальный баланс