Технологические расчеты вращающихся печей

10,56 – 2,21 = 8,35 кг.

Составим  пропорцию, приняв потребное количество известняка X с учетом его минералогического состава (таблица 6, SiO₂ = 0,012X и CaO = 0,501X):

 

 

Решая уравнение, получим Х = 2,97 кг.

Состав и  количество известняка, входящего в  шихту спекания, представлены в таблице  4.8.

Таблица 4.8 - Состав и количество известняка в шихте

	Всего	CaO	CO2	SiO2	H2O	Прочие
Содержание, %	100	44,3	34,81	1,5	6,29	13,1
Количество, кг	2,98	1,32	1,04	0,04	0,19	0,39

Для определения  количества оборотного раствора и свежей соды, добавляемой в шихту, используем практические данные по составу оборотного раствора, г/л: 12,0 Al₂O₃; 210 Na₂O; 130 CО₂; 1985 H₂O. Удельная плотность такого раствора составляет 1,337 г/л.

Исходя из практических данных, общее суммарное  извлечение Na₂O при выщелачивании, обескремнивании и карбонизации примем равным 85%.

Теперь определим  количество оксида натрия Na₂O, необходимого для осуществления процесса спекания. Учтем:

Количество  Al₂O₃ в шихте из боксита (таблица 4.5) и оборотного раствора (см. таблица 4.7) равно

49,51 + 1,62 = 51,13 кг.

Количество  Fe₂O₃ в шихте из боксита составляет 20,65 кг.

Количество  ТiO₂ в шихте из боксита составляет 2,04кг.

Тогда потребное  количество Na₂O (молекулярная масса 62) составит:

- для получения  Na₂O×Al₂O₃ через Al₂O₃(молекулярная масса 102)

51,13×62/102 = 31,08 кг.

- для получения  метаферрита натрия Na₂O×Fe₂O₃ через Fe₂O₃ (молекулярная масса 160)

20,65×62/160 = 8 кг.

- для получения  титаната натрия Na₂O×TiO₂ через TiO₂ (молекулярная масса 80)

2,04×62/80 = 1,58 кг.

Всего количество Na₂O в шихте должно быть равно

 

31,08 + 8 + 1,58 = 40,66 кг.

С учетом того, что в оборотном растворе часть  Na₂O (из общего количества 210 г/л) уже связана в метаалюминат с 12,0 г/л Al₂O₃, количество несвязанного Na₂O составит

210 – 12×62/102 = 202,7 г/л.

Исходя из практических данных, примем степень  извлечения Na₂O в раствор 85%. Тогда его количество, поступающего с оборотным раствором на формирование шихты, составит 40,66×0,85 = 34,94 кг.

Количество  оборотного раствора с учетом концентрации Na₂O в нем равно 0,21 кг/л равно 34,94/0,21 = 164,57л. При плотности раствора 1,337 кг/л его масса составит 164,67×1,337 = 220,04 кг.

В растворе присутствует метаалюминат натрия в количестве

210 – 202,7 = 7,3 г/л Na₂O

общей массой 7,3×164,67= 1201,39 г = 1,201 кг.

Тогда с оборотным  раствором будет подано свободной  Na₂O в количестве

40,66– 1,201 = 39,46 кг.

Состав и  количество оборотного маточного раствора представим в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Состав и количество оборотного раствора

	Всего	Al2O3	Na2O	CO2	H2O
Содержание, г/л	1337	12	210	130	985
Содержание, %	100	0,9	15,7	9,8	73,6
Количество, кг	220,04	1,98	34,55	21,56	161,95

 

Дополнительно в шихту необходимо ввести 40,66 – 39,46 = 1,2 кг.

Если учесть, что молекулярная масса Na₂O составляет 62, а соды Na₂CO₃ – 106, то дополнительно следует подать 1,2×62/106 = 0,73 кг кальцинированной соды или 1,2 – 0,73 = 0,47 кг Na₂O.

При наличии  в ней до 2 % примесей (исходные данные) ее количество составит

0,73×100/98 = 0,74 кг.

Примеси в  соде, т.е. «прочие» составят 0,74 - 0,73 = 0,01 кг.

Выход СО₂ 0,74 – 0,47 - 0,01 = 0,26 кг.

Расчетный состав и количество соды приведены в  таблице 10.

 

Таблица 4. 10 - Состав и количество кальцинированной соды

	Всего	Na2O	CO2	Прочие
Содержание, %	100,00	63,23	34,77	2,00
Количество, кг	0,75	0,47	0,26	0,01

Определяем  концентрацию оборотного раствора для  обеспечения пониженной влажности  шихты, значение которой из практических данных принимаем равным 36 %.

Общая масса  шихты, состоящей из боксита влажностью 10 %, белого шлама, известняка, оборотного раствора и соды, равна

110 + 6,46 + 2,98 + 220,04 + 0,75 = 342,66 кг.

При этом количество внешней влаги в шихте равно 

9,6 + 0,31 + 1,47 + 163,75 =173,22 кг.

Количество  влаги, которое должно быть в шихте, составит

342,66×0,36= 123,36 кг.

Следовательно, оборотный раствор перед поступлением на шихтовку должен пройти обработку  выпариванием. Определим количество воды, которое подлежит выпариванию.

Если обозначим  необходимое количество влаги в  шихте X, тогда

 

 

отсюда X = 95,31 кг и подлежит выпариванию 173,22 – 95,31 = 77,91 кг воды.

На основании  результатов расчетов составляем полный состав шихты для спекания (таблица  4.11).

 

 

Таблица 4.11 – Состав шихты для спекания бокситов

Состав	Всего		Al2O3	SiO2	Fe2O3	TiO2	CaO	CO2	Na2O	H2Oсв	H2Oвн	Прочие
	кг	%
Боксит (вл)	109,60	31,09	49,51	9,27	20,65	2,04	4,12	3,24	-	10,57	9,60	0,60
Известняк	15,69	4,45	-	0,04	-	-	1,32	1,04	-	-	0,19	13,10
Белый шлам	6,46	1,83	1,62	1,29	-	-	-	-	1,49	0,58	1,49	-
Оборотный раствор	220,04	62,42	1,98	-	-	-	-	21,56	34,55	-	161,95	-
Сода кальцинированная	0,75	0,21	-	-	-	-	-	0,26	0,47	-	-	0,01
Итого	352,53	100,00	53,11	10,61	20,65	2,04	5,44	26,10	36,50	11,15	173,22	13,71

 

4.4 Расчет конечных продуктов

В основе расчетов лежат следующие допущения:

1. Из шихты  в спек переходят все компоненты за исключением СО₂ и Н₂О, которые полностью переходят в газы.

2. Часть шихты  переходит в пыль. Состав пыли  близок к составу исходной  шихты с учетом ее обезвоживания.

3. Пыль является  оборотным продуктом, и ее полностью  возвращают в агрегат.

Для упрощения  расчетов принимаем, что пылеунос из рабочего пространства печи составляет 20 % от массы сухой шихты. Определим количество пыли, находящейся в обороте при непрерывном режиме работы агрегата.

В первый цикл из исходных материалов 352,53 – 173,22 = 179,31 кг будет унесено в пыль 179,31 ×0,2 = 35,86 кг.

Во втором цикле загрузки в пыль перейдет (179,31 + 35,86)×0,2 = 43,03 кг.

При третьем  цикле - (179,31  + 43,03)×0,2 = 44,47 кг, а при четвертом - (179,31 + 44,47)×0,2 = 44,76 кг.

Принимаем, что в обороте присутствует 44,76 кг пыли.

В таблице  4.12 представлен состав и количество сухого спека (без воды и CO₂), полученный по таблице 4.11 на 100 кг исходного боксита.

 

Таблица 4.12 – Состав и количество спека

	Всего	Al2O3	Fe2O3	SiO2	TiO2	CaO	Na2O	Прочие
Количество, кг	142,06	53,11	20,65	10,61	2,04	5,44	36,5	13,71
Содержание, %	100,00	37,38	14,54	7,47	1,44	3,83	25,7	9,65

 

В таблице  4.13 приведен состав и количество пыли, рассчитанные по составу спека с учетом его обезвоживания, количество которого на 100 кг боксита составило 147,5 кг.

Исходя из этой величины в соответствии с содержанием  отдельных компонентов в спеке (согласно таблице 4.11) рассчитаем их количество (в кг) и содержание (в %), что представлено в таблице 4.13.

В таблице  4.14 приведен состав и количество технологических газов, выделяющихся в процессе спекания боксита. При расчете объема газов их массу (в кг) делим на молекулярную массу и умножаем на число Авогадро (22,4 м³ г моль/кг).

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.13 – Состав и количество пыли

	Всего	Al2O3	Fe2O3	SiO2	TiO2	CaO	СО2	Na2O	Прочие
Количество спека с учетом обезвоживания, кг	147,5	53,11	20,65	10,61	2,04	5,44	5,44	36,5	13,71
Количество, кг	44,76	16,11	6,27	3,22	0,62	1,65	1,65	11,08	4,16
Содержание, %	100	36,0	14,0	7,19	1,38	3,69	3,69	24,75	9,3

 

Таблица 4.14 – Состав и количество технологических газов

	Всего	CO2	H2O
Количество, кг	210,47	26,10	184,38
Объем, м3	244,06	14,61	229,44
Состав:
% по весу	100,00	12,4	87,6
% по объему	100,00	5,99	94,01

 

Произведем  расчет рационального состава спека.

Количество Na2O×Al2O3 в спеке, имеющего молекулярную массу 164, с учетом содержания Al2O3 (таблица 4.11) молекулярной массой 102, составит

53,11×164 / 102 = 85,39 кг.

Тогда количество Na2O в этом соединении равно 

85,39 – 53,11 = 32,28 кг.

Количество Na2О× Fe2O3 в спеке, имеющего молекулярную массу 222, с учетом содержания Fe2O3 (таблица 4.11) молекулярной массой 160, равно