Материальный расчет

1. Горение топлива (в расчете на 1,00 кг кокса)

Сгорает углерода до СО₂:

m_кокса=W_c* α_со2=0,762*0,971=0,7399 кг (1)

где, W_c-содержание С в меле

α_со2-степень сгорания С до СО₂

Сгорает углерода до СО:

m_со=W_c* α_со=0,762*0,0102=0,00777 кг (2)

где, α_со-степень сгорания С до СО

Остается углерода в золе:

m_золы=W_c* α_{неполноты сгорания}=0.762*0.015=0.0114 кг (3)

где, α_{неполноты сгорания}-неполнота сгорания углерода

Количество кислорода, теоретически необходимое для сжигания 0,7399 кг углерода до СО₂:

m'_o2= (m_кокса*Mo₂)/Mc=(0.7399*32)/12=1.973 кг, при этом образуется m’_co2= m'_o2+ m_кокса=1.973+0.7399=2.713 кг СО₂ (4)

где, Mo₂-молярная масса О₂

Mс-молярная масса С

На сжигание 0,00777 кг углерода до СО требуется кислорода

m'’_o2= (m_co*Mo)/Mc=(0.00777*16)/12=0.0104 кг, при этом образуется m’_co=m’_o2+m_co=0.0104+0.00777=0.0181 кг СО (5)

На сжигание 0,0114 кг серы в SO₂ расходуется кислорода

m'’’_o2= (m_золы*Mo2)/M_SO2=(0.0114*32)/32=0.0114 кг, при этом образуется (6)

m_so2= m'’’_o2+ m_золы=0.0114+0.0114=0.0228 кг SO₂ (7)

где M_SO2-молярная масса SO₂

Всего требуется m_o2= m'_o2+ m'’_o2+ m'’’_o2=1.973+0.0104+0.0114=1.995 кг О₂ (8)

При коэффициенте избытка воздуха α=1.01 необходимо ввести 1.995 кг кислорода т.е.,

m_{сухого воздуха}=(m_o2*100)/(X_о2*10)=(1.995*100)/(23.6*10)=8.89 кг, где X_о2-содержание О₂ в воздухе, в котором содержится m_N2= X_N2* m_{сухого воздуха}=0.764*8.89=6.836 кг, где X_N2-содержание N₂ в воздухе.

Находим относительную влажность воздуха (1, табл. XIX)

При 21 °С:

X=((14.21-10.45)/(25-20))*(21-20)+10.45=11.202 кг

Влагосодержание воздуха составляет 0,011202 кг H₂O на 1 кг сухого воздуха. С 8,89 кг сухого воздуха поступает m_паров= m_{сухого воздуха}*d=8.89*0.011202=0.0996 кг паров воды.

В результате сгорания 1 кг кокса получаются следующие количества газообразных продуктов:

m_co2=2.713 кг

m_со=0.0181 кг

m_o2= m_{сухого воздуха}- m(_N2)=8.89-6.836=2.054 кг

m(_N2)=6.836 кг

m_so2=0.0228 кг

m(_H2O)_{в коксе}=0.225 кг

m(_H2O)_{в воздух}=0.0996 кг

Всего газообразных продуктов сгорания

m_{газ.продуктов}= m_co2+ m_со+ m_o2+ m(_N2)+ +m_so2+ m(_H2O)_{в коксе}+

+m(_H2O)_{в воздух}=2.713+0.0181+2.054+6.836+0.0228+0.225+0.0996=11.969 кг (9)

Кроме того, остается

m_золы=0.0114 кг

m_с=0.0114 кг

m_{тв остатка}= m_золы+ m_с=0,0114+0,0114=0,0228 кг твердого остатка. (10)

Общая масса твердого остатка и газообразных продуктов:

m_общая= m_{тв остатка}+ m_{газ.продуктов}=0.0228+11.969=11.719 кг

2. Обжиг мела (в расчете на 1000 кг мела)

1000 кг мела содержит:

m_caco3=863 кг

m_mgco3=6.2 кг

SiO₂+нерастворимые в HCl=12.5 кг

R₂O₃=2.4 кг

H₂O=105 кг

При обжиге разлагается CaCO₃:

m'_caco3= m_caco3*K_{обжига мела}=863*0,95=819,85 кг (11)

где К_{обжига мела} - степень обжига мела

Неразложившийся остаток CaCO₃:

Δm_caco3= m_caco3- m'_caco3=875.8-819.85=55.95 кг (12)

По реакции:

CaCO₃->CaO+CO₂ -Q

Масса CaO:

m_cao=( m'_caco3*M_CaO)/M_CaCO3=(819.85*56)/100=459.12 кг (13)

где, M_CaO-молярная масса CaO

M_CaCO3-молярная масса CaCO₃

По реакции:

MgCO₃->MgO+CO₂

Масса MgO:

m_mgo=(m_mgco3*M_MgO)/M_MgCO3=(6.2*40)/84=2.49 кг (14)

Масса CO₂ из реакции:

m’_co2=(m_mgco3*M_CO2)/M_MgCO3=(6.2*44)/84.3=2.71 кг (15)

Всего образуется CO₂:

m_{общс о2}=m_co2+m’_co2=358.4+2.7=361.1 кг (16)

На основании приведенного выше материального расчета процесса горения топлива и обжига мела составляем предварительный тепловой баланс известковой печи. Обозначим через х количество (в кг) топлива, необходимого для обжига 1000 кг мела. Из теплового баланса определяем х. Затем составляем материальный и тепловой балансы печи. На 1000 кг исходного мела в полученной извести содержится 0,0114х кг несгоревшего углерода и 0,0114х кг золы. За счет влаги воздуха частично происходит гидратация извести по реакции:

CaO+H₂O->Ca(OH)₂ +Q

Количество образовавшегося гидроксида кальция определяется содержанием влаги в воздухе.

m_ca(oh)2=(m_{(h2o в воздухе)}*х*M_CaO)/M_H2O=(0.0996*x*74)/18=0.409x кг (17)

В этом количестве Ca(OH)₂ содержится оксида кальция:

m_cao=(m_{(h2o в воздухе)}*х*M_Ca(OH)2)/M_H2O=(0.0996*x*56)/18=0.3099 кг (18)

Табл1.Состав выходящей из печи извести (в кг):

Табл2.Состав выходящих из печи газов (в кг):