Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
|
«УТВЕРЖДАЮ» |
|
|
Зав.кафедрой ___________________ |
|
|
«_____» _________________ 2013 г. |
Задание №_________________
на курсовую работу
Студент гр.____________ спец. ЭУП-080502
Трибунская Екатерина Олеговна
Руководитель работы – Корюков В.Н. – доцент, к.т.н.
Срок проектирования с ___________ по ____________
Участок карбонизации алюминатных растворов в аппаратах с механическим перемешиванием глиноземного цеха
Введение. 1.Описание аппаратурно-технологической схемы и параметров процесса. 2. Расчет материального баланса цеха. 3. Расчет количества основного оборудования. Заключение.
Производительность цеха – 600 тыс.т глинозема в год;
Состав боксита: Al2O3 – 47,9 %; Fe2O3 – 29,8 %; SiO2 – 9,8 %; и т.д.;
Производство Al2O3 по способу спекания бокситов с содой и известняком.
Руководитель __________________
Екатеринбург, 2013 г.
План выполнения курсовой работы:
Таблица 1 – План выполнения курсовой работы
|
№ п/п |
Наименование элементов работы |
Сроки |
Примечания |
Отметка о выполнении |
|
1. |
Описание аппаратурно-технологической схемы процесса спекания бокситов |
|||
Способ спекания - наиболее дорогой, но более универсальный, и может применяться к любому высококремнистому алюминиевому сырью. Сущность способа спекания заключается в переводе кремния из сырья в малорастворимое в щелочных растворах соединение - ортосиликат кальция, а алюминия и железа - в алюминат и феррит натрия при обжиге алюминиевого сырья с содой и известняком.
Основной задачей способа является грамотное составление исходной для спекания шихты и ведение процесса спекания для получения в спеке хорошо растворимого алюмината натрия (калия) и гидролизуемого в водных растворах феррита натрия (калия), а также очень малорастворимого ортосиликата кальция.
Способ спекания включает следующие основные переделы:
1) приготовление шихты (мокрой или сухой);
2) спекание шихты;
3) дробление и выщелачивание алюминатного спека;
4) отделение промывку шлама;
5) обескремнивание алюминатного раствора;
6) карбонизацию раствора, отделение и промывку гидроокиси алюминия;
7) упарку маточного содового раствора;
8) обжиг известняка, гашение извести, каустификацию соды и получение раствора каустика,
9) кальцинацию гидроокиси алюминия.
Принципиальная технологическая схема способа спекания приведена на рисунке 2.2.
Нефелины в отличие от бокситов содержат щелочь в достаточном или в близком к достаточному для спекания количестве. Поэтому нефелины спекают только с известняком. Недостающее количество щелочи вводится в шихту в виде оборотных промывных вод и содощелочного раствора.
В нефелиновом производстве нефелин и известняк размалывают раздельно, а затем домалывают вместе, это обусловлено большой разницей в твердости нефелина и известняка.
Подготовка шихты для спекания сводится к дроблению сырья, мокрому размолу его, смешению и корректировке шихты. Особое внимание обращается на тонину помола и тщательное смешение точно сдозированных компонентов шихты. Дробление боксита, известняка и нефелиновой руды ведут в несколько стадий (две - три) в щековых, конусных и молотковых дробилках. Мокрый размол осуществляют в трубных мельницах. Бокситы, как правило, измельчают вместе с известняком в содовом растворе.
После размола шихта закачивается в коррекционные бассейны (большие емкости с аэролифтным перемешиванием), где окончательно доводится до требуемого химического состава. Влажность шихты должна быть минимальной (27 - 29% для нефелиновой и 35 - 38% для бокситовой шихт).
Откорректированную шихту спекают: бокситовую при 1200 - 1250оС, нефелиновую - при 1250 - 1300оС. Для спекания применяют трубчатые вращающиеся печи длиной 50 - 100 м. Передел оборудован установкой для пылеулавливания, состоящей из циклонов, электрофильтров и мокрых скрубберов. Далее спек пересыпается в холодильник, где охлаждается до 100 - 150о С. В настоящее время для охлаждения глинозем содержащих спеков применяют в основном барабанные вращающиеся холодильники.
Рисунок 1 - Принципиальная блок-схема способа спекания
Охлажденный спек дробят до крупности 6 - 7 мм в короткоконусных дробилках, работающих в замкнутом цикле с грохотами и выщелачивают. Различают проточный и агитационный методы выщелачивания спека. Бокситовый спек обычно выщелачивают водой проточным методом в диффузорах, перколяторах и трубчатых выщелачивателях. На проточное выщелачивание должен поступать кусковой спек. Для выщелачивания мелких фракций бокситового спека применяют агитационный метод. Агитационное выщелачивание осуществляется в мельницах и мешалках.
Нефелиновый спек выщелачивают агитационным методом в мельницах. Применяется также двухстадийная схема выщелачивания с использованием на первой стадии трубчатых аппаратов и на второй стадии - мельниц.
Нерастворившаяся часть спека (шлам) идет в отвал, а алюминатный раствор - на обескремнивание. В способе Байера обескремнивание совмещается с операциями выщелачивания боксита, разбавления автоклавной пульпы и сгущения красного шлама, так как условия проведения этих операций (продолжительность, высокая температура, сравнительно низкая концентрация алюминатных растворов) благоприятны для обескремнивания. В способе спекания такие условия отсутствуют. Широко применяют двухстадийное обескремнивание. Для первой стадии могут быть применены автоклавы и мешалки, вторая стадия осуществляется только в мешалках. В последнее время применяют автоклавные батареи, работающие в так называемом режиме кипения с продолжительностью обескремнивания 2-2,5 ч при 150-170оС либо последовательно соединенные мешалки при атмосферном давлении с продолжительностью 4 - 5 ч при 95 - 100оС.
При переработке нефелиновых руд и концентратов алюминатный раствор требует глубокого обескремнивания продолжительностью 1,5 - 2 ч при 90 - 95оС.
Выделившийся при обескремнивании осадок (белый шлам) наряду с кремнеземом содержит глинозем и щелочь, поэтому его возвращают на приготовление шихты для спекания.
Из обескремненного раствора выделяют гидроокись алюминия. Для этого применяют карбонизацию - обработку раствора газами, содержащими СО2 10 - 14%, которая позволяет одновременно получить маточный содовый раствор. Карбонизация может быть осуществлена в одну или две стадии в цилиндрических или цилиндроконических карбонизаторах и может быть периодической и непрерывной. Температура раствора 70 - 80оС поддерживается за счет тепла газов.
Выпавшую в осадок гидроокись алюминия отделяют от содового раствора, промывают и кальцинируют.
Получающийся при карбонизации раствор содержит соду и должен быть возвращен в процесс. Для удаления из процесса избыточной воды маточный раствор предварительно упаривают.
Выпарка маточных растворов осуществляется в многокорпусных выпарных батареях обычно в две стадии: сначала без выделения соды в аппаратах с естественной циркуляцией, затем с выделением соды в аппаратах с принудительной циркуляцией или вынесенной зоной кипения.
Способ спекания имеет определенные недостатки, это - ограниченность применения, высокий расход дорогостоящей каустической щелочи, большие материальные потоки, высокий расход топлива.
Сущность процесса обескремнивания алюминатных растворов
При выщелачивании бокситов и глиноземсодержащих спеков наряду с алюминием и щелочью в раствор переходит кремний. В алюминатных растворах кремний существует в виде иона и алюмокремниевых комплексов, которые образуются по реакции
При прочих равных условиях в алюминатных растворах содержится тем больше кремнезема, чем выше в них концентрация алюмината натрия. Если такие растворы подвергать разложению без предварительной их очистки от кремнезема, то выделится гидроокись алюминия с высоким содержанием кремнезема, который является вредной примесью и допускается лишь в ограниченных количествах, определяемых ГОСТом. Поэтому алюминатные растворы перед разложением подвергают очистке от соединений кремния - обескремниванию. Сущность процесса обескремнивания заключается в связывании кремнезема раствора в малорастворимые соединения и отделение их от раствора. Содержание кремнезема в алюминатных растворах обычно характеризуется кремниевым модулем, равным отношению : (по массе).
В способе спекания такие условия отсутствуют, и для получения достаточно чистого глинозема необходима специальная операция обескремнивания. Требуемая степень обескремнивания определяется условиями проведения последующей операции -- карбонизации, так как от глубины карбонизации зависит степень выделения кремнезема из растворов в осадок вместе с гидроксидом алюминия.
При получении глинозема способом спекания из бокситов алюминатный раствор при карбонизации разлагается не полностью,
в растворе после карбонизации остается Al2O3 3-5 г/л. В этих условиях обескремнивание раствора до кремневого модуля 400-500 обеспечивает получение глинозема марок Г-3 и Г-4. Для получения глинозема марок Г-1 и Г-2 необходимо глубокое обескремнивание алюминатного раствора - до кремневого модуля не менее 1000. Кремневый модуль раствора перед обескремниванием зависит от концентрации раствора и обычно не превышает 20-50.
Для очистки алюминатных растворов от соединения кремния практически используют два способа:
1) обескремнивание с выделением в осадок соединений, значительно менее растворимых, чем ГАСН, с помощью различных химических добавок, в основном извести (способ применяется для получения растворов с высоким кремниевым модулем).
2) обескремнивание с выделением в осадок гидроалюмосиликата натрия (ГАСН) (в промышленных условиях таким путем получают растворы, у которых кремниевый модуль обычно 250ч450).
Первый способ очистки состоит в нагревании алюминатного раствора вместе с небольшим количеством извести. Обескремнивание в присутствии извести идет с образованием соединения с очень незначительной растворимостью (гидрогранат), где m = 0,1-0,2 моля. Химизм взаимодействия извести с алюминатным раствором можно представить следующим образом
ЗСа (ОН)2 +2NaA1О2 +4H2O ? ЗСаО?Al2O3 ?6H2O +2NaOH
ЗCаО?Al2O3 ?6H2O +mNa2SiO3 ? 3CaO?Al2O3 ?mSiO2? (6--2m)H2O+
+2mNaOH+mH2O
С увеличением дозировки извести степень обескремнивания раствора увеличивается. Однако обескремнивание в присутствии извести связано со значительными потерями Al2O3, вызываемыми образованием гидрогранатов. Эти потери возрастают с увеличением концентрации SiO2 в исходном алюминатном растворе, одновременно возрастает и расход извести. Если коэффициент m в гидрогранате равен 0,2, то на каждый моль SiO2, переходящего при обескремнивании в осадок, теряется 5 молей Al2O3, в то время как в гидроалюмосиликате натрия каждый моль SiO2 связывает только 0,5 моля Al2O3 .
Для уменьшения потерь Al2O3 и расхода извести широко применяют двустадийное обескремнивание. На первой стадии из раствора выделяют основную часть кремнезема (не менее 90 %) в виде натриевого гидроалюмосиликата. Вторую стадию с целью глубокого обескремнивания раствора до кремневого модуля не менее 1000 проводят с добавкой извести.
Вторую стадию обескремнивания проводят при атмосферном давлении, температуре 90-95°С и интенсивном перемешивании.
Максимальная скорость обескремнивания наблюдается в течение первого-второго часов. Раствор, поступающий на вторую стадию обескремнивания, не должен содержать твердых частиц гидроалюмосиликата натрия (белого шлама), так как по мере осаждения кремнезема в виде гидрогранатов раствор становится ненасыщенным гидроалюмосиликатом натрия. Это приводит к растворению гидроалюмосиликата натрия и снижению кремневого модуля раствора.
Шлам первой стадии обескремнивания состоит в основном из натриевого гидроалюмосиликата. Так как, кроме кремнезема, шлам содержит глинозем и щелочь, то его возвращают на приготовление шихты. Шлам второй стадии обескремнивания содержит до 26-27 % Al2O3 и для регенерации из него оксида алюминия подвергается содовой обработке. Под действием содового раствора гидрогранаты разлагаются по реакции
ЗСаО · Al2O3 · mSiО2 · (6 - 2т) H2O + З Nа2СО3 + тH2O 2NaAlO2 +
+ m Na2SiO3 + 2 (2 - т) NaOH + ЗCаСО3 + 4H2O
Оксид алюминия при этом переходит из шлама в раствор в виде алюмината натрия, одновременно происходит каустификация соды и превращение ее в NaOH. Полученный раствор используют для повышения каустического модуля при выщелачивании спека, а шлам, содержащий около 85% СаСО3, идет на приготовление шихты для спекания. Часть его может быть использована на второй стадии обескремнивания вместо извести. Содержание Al2O3 в шламе после регенерации 2-3 %. При производстве глинозема по комбинированным схемам Байер- спекание, где гидроокись алюминия из растворов извлекается при декомпозиции, кремниевый модуль раствора может ограничиваться значением 250 - 300 и нет необходимости в двухстадийном обескремнивании.
Второй способ. Алюминатный раствор подвергают продолжительному нагреванию при этом происходит связывание соединений кремния в малорастворимое соединение - гидроалюмосиликата натрия, который выпадает из раствора в осадок. Реакция образования ГАСН может быть представлена в виде
Образующийся осадок ГАСН имеет пространственную сетчатую структуру, состоящую из каркаса и пронизывающих его в определенном порядке полостей. Эти полости могут заполняться ионами, присутствующими в растворе, в частности , , , что приводит к изменению соотношения , , в формуле ГАСН. Обычно состав образующихся в производственных условиях осадков отвечает формуле . Количество химически связанной воды в осадке зависит от температуры его получения: с повышением температуры количество воды в осадке уменьшается. В зависимости от условий обескремнивания (температура, концентрации раствора и др.) образуются гидроалюмосиликаты натрия неодинаковой кристаллической структуры, чем можно объяснить различие их физических свойств, в частности разную способность растворяться в алюминатном растворе.
На рисунке 2 показано изменение содержания SiO2 в алюминатных растворах в зависимости от содержания Al2O3 и времени выстаивания при 70°С, Кривую АС можно считать равновесной, ниже ее (область I) растворы не насыщены кремнеземом и способны растворять его. В области II (между кривыми АС и АВ) растворы находятся в метастабильном состоянии. Из них медленно выделяется натриевый алюмосиликат; процесс ускоряется в приcутствии затравки. В области III находятся пересыщенные кремнеземом растворы, из которых избыток кремнезема мгновенно выпадает в осадок.
АВ - через 1-2 часа, АС - через 5-6 суток
Рисунок 4.1 - Изменение содержания SiO2 в алюминатных растворах при 70°С в зависимости от содержания Al2O3 и времени выстаивания
На рисунке 4.2 приведена кривая равновесной концентрации SiO2 в алюминатных растворах, на которой видно, что возможная степень обескремнивания зависит от концентрации раствора. Так, с повышением концентрации Al2O3 в растворе растворимость кремнезема в нем увеличивается и достигаемая степень обескремнивания понижается. С повышением концентрации каустической щелочи в растворе при постоянной концентрации Al2O3 глубина и скорость обескремнивания уменьшаются.
Обескремнивание ускоряется в присутствии твердых частиц гидроалюмосиликата натрия белого или красного шлама. Однако присутствующий в красном шламе в-2CaO·SiO2 при обескремнивании разлагается, что сопровождается потерями Al2O3 и Na2O из-за связывания Al2O3 в гидроалюмосиликат натрия, выпадающий в осадок. Красный шлам попадает в алюминатный раствор при выщелачивании спека и находится в растворе в виде взвеси. Содержание этой взвеси в растворе должно быть минимальным.
Рисунок 2 - Кривая равновесной концентрации SiO2 в алюминатных растворах
Присутствие в алюминатных растворах соды и сульфата натрия способствует лучшему обескремниванию, что можно объяснить образованием более плотной и менее растворимой структуры гидроалюмосиликата натрия. Поташ оказывает отрицательное влияние на обескремнивание, так как гидроалюмосиликат калия обладает большей растворимостью по сравнению с гидроалюмосиликатом натрия. Начальная концентрация кремнезема в растворе практически не влияет на степень его обескремнивания.
В практике обескремнивания большое значение имеет время, затрачиваемое на очистку растворов: чем оно меньше, тем, следовательно, выше скорость обескремнивания растворов. Существенное влияние на этот фактор оказывает температура, скорость перемешивания, количество и удельная поверхность затравки, ее природа.
На заводах обескремнивание алюминатных растворов ведут при 140-170°С. Дальнейшее повышение температуры мало влияет на кинетику и глубину процесса обескремнивания и поэтому экономически нецелесообразно. Чем ниже температура, тем больше должно быть время обескремнивания. Наиболее интенсивно обескремнивание идет первые 2-3 ч, причем для достижения одного и того же кремниевого модуля для более концентрированных алюминатных растворов требуется более длительное время. В практических условиях обескремнивание при 150-170°С ведут в течение 2-3 ч, при дальнейшем увеличении времени выдержки при этой температуре мало повышается кремниевый модуль и требуется дополнительная аппаратура, что связано с большими капитальными затратами.
Показатели обескремнивания при данной температуре могут значительно изменятся от изменения скорости перемешивания: чем интенсивнее перемешивании, тем меньше времени требуется для обескремнивания. Имеется, однако, предел, выше которого увеличение интенсивности перемешивания не оказывает никакого влияния.
Поскольку процесс обескремнивания представляет собой по существу частный способ кристаллизации, введение затравки при обескремнивании значительно увеличивает скорость кристаллизации ГАСН. Вводимая затравка не должна вызывать дополнительных потерь , свыше стехиометрических количеств при связывании в ГАСН и не загрязнять алюминатные растворы примесями переходящими в конечный продукт - глинозем. Необходимая продолжительность процесса обескремнивания определяется формирование кристаллов ГАСН до таких размеров при которых они начинают выделятся из раствора это требует определенного промежутка времени. Скорость кристаллизации любого вещества определяется скорость возникновения центров кристаллизации и скорость их роста. Можно исскуственно ввести центры кристаллизации, тем самым увеличив скорость обескремнивания. [1; с.244]
Затравкой для обескремнивания может служить ранее выделенный алюмосиликат натрия, т.е. увеличив число центров кристаллизации в растворе, повышается скорость кристаллизации. Также затравкой могут служить мельчайшие частички шлама оставшиеся после выщелачивания спека в сливе с выщелачивателя.
Поэтому в настоящие время на ПАЗ-е в алюминатный раствор перед обескремниванием добавляют до 80-100г/л твердого ГАСН полученный после сгущения алюминатного раствора и обескремнивания.
Назначение узла обескремнивания - выделить из алюминатного раствора вредную примесь SiО2 и тем самым повысить кремневый модуль раствора со 100 до 450-480 единиц. Алюминатный раствор из мешалок обескремнивания направляется высоконапорными насосами в первые автоклавы батареи, в которых алюминатный раствор подогревается острым паром с ТЭЦ. Параметры греющего пара: давление - 12 атм, температура 2500С.
Автоклавная батарея состоит из восьми автоклавов, два из которых греющие, а шесть - реакционные, из сепаратора-самоиспорителя, буферного бака, полочного подогревателя и гидрозатвора.
Расход пара на батареи обескремнивания обусловлен заданной температурой обескремнивания, которая в первых автоклавах должна быть не ниже 140-1450С.
Из последнего автоклава раствор поступает в сепаратор-самоиспоритель где давление снижается до 0,7 атм. Раствор вскипает в сепараторе и отделяется от пара. Увлеченные паром капли раствора улавливаются ловушкой (инертным каплеотделителем). Ловушка располагается в верхней части сепаратора или над сепаратором. Сепараторный пар используется для подогрева раствора в мешалках перед обескремниванием и для подогрева горячей воды в гидрозатворе. Из сепаратора раствор поступает буферный бак, где давление снижается до атмосферного. Вторичный пар буферного бака используется в полочном подогревателе для подогрева подшламовой воды, которая из подогревателя поступает в гидрозатвор и далее самотеком в баки горячей воды.
Обескремненый раствор из буферных баков самотеком поступает в распределительную коробку сгустителя белого шлама. После обескремнивания кремниевый модуль должен быть не менее 450 единиц. Раствор находится в автоклавной батарее от 1,5-2,5 часов. [2]
4. Расчетная часть
4.1 исхдные данные
В процессе обескремнивания алюминатного раствора должны соблюдаться определенные нормы, обеспечивающие безопасное его ведение, а также способствующие получению необходимой степени обескремнивания.
1) Химический состав боксита, %: Al2O3 = 47,9; Fe2O3 = 26,8; SiO2 = 9,8;
CaO = 0,9; CO2 = 1,9; W = 16,2; акр = 3,93; п.п.п = 24; прочие = 0,71.
2) Химический состав известняка, %: SiO2 = 0,8; CaO = 54,7; CO2 = 42,98; прочие = 0,52; W = 1,11.
3) Химический состав кальцинированной соды, %: Na2CO3+K2CO3 = 96,1;
W = 1,0; прочие = 2,9.
4) Химический состав твердой фазы алюминатного раствора до обескремнивания, гр/л: Al2O3 = 99,9; Na2Ok = 93,2; SiO2 = 0,98; H2O = 1006; акр = 111; плотность = 1200; ак = 1,53.
5) Разбавление алюминатного раствора ветви спекания при обескремнивании 2,38%.
6) Химический состав оборотного раствора, гр/л,: Al2O3 = 122,95; Na2Ok = 219; Na2Oy = 24,2; СО2 = 17,7; H2O = 1066,15; плотность = 450; ак = 2,93.
7) С оборотной содой увлекается оборотного раствора в количестве 25% от массы влажной соды.
8) Топливом для печей спекания служит уголь с содержанием золы 5,8%. Состав золы, %: Al2O3 = 22,6; Fe2O3 = 9,4; SiO2 = 50,5; CaO = 3,1; W = 14; прочие = 6,7.
9) Влага шихты спекания -38,7%.
10) Дозировка компонентов шихты спекания аизв=1071? СаО/SiO2 = 2; дозировка Na2O в соде на Al2O3 в шихте, ащел= 1,645 , Na2O/Al2O3 = 1,37.
11) Выход Al2O3 в обескремненом алюминатном растворе ветви спекания составляют 72,9%.
12) Влага отвального шлама ветви спекания равна 60%.
13) Химический состав алюминатного раствора ветви спекания после обескремнивания и подщелачивания, гр/л: Al2O3 = 98,8; Na2Ok = 90,98; SiO2 = 0,21; H2O = 1010,01; акр =4 70,48; плотность 1200.
14) Влага кека красного шлама равна 43%, влага красного шлама на спекании равна 52,5%(шлам репульпирован содовым раствором).
15) Белый шлам с конуса сгустителей содержит 600гр/л твердого, плотность твердой фазы 2500 кг/м3.
16) Химический состав оборотного раствора с содоотстойника, гр/л:
Al2O3 = 125; Na2Ok = 121; Na2Oy = 24,5; СО2 = 17,39.
17) СО2 поглощаемый из атмосферы воздуха 2,5кг на тонну глинозёма.
18) Потери Al2O3 в обеих ветвях составит 109,72кг.
19) Безвозвратные потери Al2O3 в ветви Байера:
- транспортировка и дробление -2,85кг;
- при размоле боксита -6,37кг;
- с железистыми песками -17,47кг;
- при кальцинации -9,44кг.
20) Количество красного шлама поступаемого на спекание -1422,01кг:
состав, кг: Al2O3 = 363,59; Na2Ok = 231,2; Fe2O3 = 440,06; SiO2 = 269,68; CaO = 18,39; п.п.п = 83,78; прочие = 15,31.
21) Состав пром. воды увлекаемой кеком, кг: Al2O3 = 17,5; Na2Ok = 5,09;
Na2Oy = 0,8; СО2 = 0,57; H2O = 1072,74.
22) СО2 поступающий с бокситом -48,9кг.
23) Потери Na2O по заводу равны 78кг на тонну глинозёма.
24) Товарный глинозём содержит, % : Al2O3 = 98,78; Na2O = 0,37; п.п.п = 0,81; прочие = 0,04.
25) Потери воды во время технологического процесса:
- во время спекания шихты 1818,68кг;
- при кальцинации 622,04кг.
26) Суммарный товарный выход Al2O3 составляет 90%.
4.2 Материальный баланс производства
Расчеты материальных потоков, т.е. составление материальных балансов ведется на одну тонну получаемого глинозема.
Расчет боксита вводимого в процесс.
Общий товарный выход Al2O3 равен 90% (пункт 4.1, 26), следовательно для получения 1 тоны глинозёма необходимо подать в процесс боксита
987,8/(0,4249*0,9) =2583 кг
Который содержит Al2O3
2583?0,4249 = 1097,52 кг,
где 987,8 - содержание Al2O3 в 1 тонне глинозёма, кг;
0,4249 - содержание Al2O3 в глинозёме, кг (пункт 4.1,1).
Расчет потерь во время технологического процесса.
1) Потери воды составят
1818,68+622,04=2440,72 кг,
где 1818,68 - потери воды во время спекания шихты, кг (пункт 4.1,25);
622,04 - потери воды при кальцинации, кг (пункт 4.1,25).
Кроме того потери воды происходят за счет испарения растворов и выброса паров через вытяжные трубы, так же при охлаждении и испарении воды на шламовом поле, поэтому рассчитанные потери на спекание и кальцинации увеличить в 1,5 раза, тогда необходимо ввести в процесс свежей воды
=2440,72?1,5=3661,08кг.
2) Расчет потерь Al2O3 и Na2O в ветви спекания.
Таблица 6.1 - Потери Al2O3 и Na2O в ветви спекания.
|
Статьи потерь |
Al2O3 % от суммы потерь |
Na2O, кг (пропорционально) кг |
|
|
При размоле шихты |
0,6 |
1,63 |
1,73 |
|
При спекании и дроблении |
1,31 |
3,55 |
3,76 |
|
При выщелачивании |
24,45 |
66,39 |
70,37 |
|
При промывке шлама |
0,45 |
1,22 |
1,29 |
|
При обескремнивании |
0,29 |
0,8 |
0,85 |
|
Итого |
27,1 |
73,59 |
78 |
Процент потерь Al2O3 составит (пункт 4.1, 11)
100-72,9=27,1 %
Сумма потерь Al2O3 равна 109,72 (пункт 4.1, 18), а на спекании теряется (за вычетом безвозвратных потерь ветви Байера)
109,72-2,85-6,37-17,47-9,44=73,59 кг,
где 2,85; 6,37; 17; 47; 9,44 - безвозвратные потери в ветви Байера (пункт 4.1, 19)
Потери Al2O3 при размоле шихты составят
73,59*0,6/27,1=1,63 кг.
Остальные статьи потерь рассчитываются аналогично.
Потери Na2O по заводу в сумме составляют 78 кг на тонну глинозёма (пункт 6.1, 23) по статьям рассчитывают пропорционально потерям Na2O на 1кг Al2O3.
Потери при размоле шихты
78*1,63/73,59=1,73кг.
Остальные статьи потерь рассчитываются аналогично.
Расчет шихты спекания и ее компонентов.
1) Расчет количества жидкой фазы, увлекаемой красным шламом, подаваемым на спекание.
Поступает красный шлам из ветви Байера, состав которого дан в нормах технологического режима пункт 20. Он поступает на спекание с влагой равной 52,5%, которая складывается из влаги кека - 43%, представляющую собой промывную воду и оборотную воду, восстанавливающую 52,5-43=9,5%. Тогда количество воды передаваемая на спекание красного шлама составит
1422,01*0,525/0,475=1571,7 кг,
где 1422,01 - количество красного шлама, кг;
0,525 - доля жидкого в красном шламе;
0,475 - доля твердого от красного шлама, передаваемого на спекание.
100%-52,5% = 47,5%
2) Расчет количества «рыжей» соды и ее компонентов.
На спекание поступает оборотная сода, выделяющаяся при выпаривании
маточного раствора. В составе рыжей соды будет содержаться СО2, поступающая из боксита и СО2, поглощаемая из воздуха, сумма которых составит
48,9+2,5=51,4,
где 48,9 - количество СО2, поступившее с бокситом (пункт 4.1, 22),
которую для баланса надо вывести из раствора, кг;
2,5 - количество СО2, поглощаемой из воздуха в результате контакта
его с растворами при выщелачивании и декомпозиции и т.д., кг
(пункт 6.1, 17).
Это количество СО2 связывается в моногидрат соды, Na2O
=51,4?62/44 = 72,43 кг,
где 62 - молекулярный вес Na2O;
44 - молекулярный вес CO2.
Масса Na2CO3
=51,4+72,43=123,83 кг
Масса воды
=123,83?18/106=21,03 кг,
где 18; 106 - соответственно молекулярный вес Н2О и Na2CO3?H2O.
Тогда масса моногидрата соды Na2CO3?H2O составит
=123,83+21,03 =144,86 кг,
где 123,83 - масса Na2CO3 , кг;
21,03 - масса воды, кг.
3) Расчет количества жидкой фазы и ее компонентов, увлекаемой «рыжей» содой. 144,86 кг «рыжей соды» увлекается 25% оборотного раствора от массы влажного моногидрата соды, т.е.
144,86?25/75 = 48,29 кг или
48,29/0,45=107,3 м3,
где 450 - плотность оборотного раствора, кг/м3 (пункт 6.1, 6)
Тогда используя данные пункта 4.1,16 о химическом составе оборотного раствора с содоотстойника рассчитаем состав жидкой фазы «рыжей соды»
107,3*125/1000=13,4 кг,
=107,3*121/1000=12,98 кг,
=107,3*24,5/1000=2,63 кг,
=107,3*17,39/1000=1,87 кг,
=48,29-(13,4+12,98+2,63+1,87)=17,41 кг,
где 48,29 - количество жидкой фазы, кг.
4) Расчет количества и компонентов, содержащихся в белом шламе. На спекание поступает белый шлам после обескремнивания алюминатного раствора и его сгущения.
При выщелачивании спека в раствор перейдет А12О3
363,59+17,5-73,59 = 307,5кг,
где 363,59 и 17,5 - содержание А12О3 в красном шламе в твердой и
жидкой фазах, кг (пункт 6.1, 20 и 21);
73,59- сумма потерь AI2O3 , которая указана в таблице 6.1.
Укрупненный расчет выхода белого шлама. При кремневом модуле алюминатного раствора до обескремнивания
ак=99,9/0,98 = 101,94.
Содержание SiO2 в алюминатном растворе
307,5/101,94 = 3,02кг,
где 307,5 - AI2O3 перешедшего в раствор из красного шлама, кг.
Для простоты расчета принимаем, что весь кремнезем при обескремнивании раствора выделяется в осадок в виде ГАСН, до ак в алюминатном растворе после обескремнивания, который равен
ак = 98,8/0,21 =470,48
Определим количественный состав белого шлама
=3,02 кг,
3,02*102/120=2,57 кг,
=3,02?62/120=1,84 кг,
3,02*36/120=0,91 кг,
где 102; 62; 36; 120 - соответственно молекулярный вес AI2O3; 2SiO2;
Na2O; 2H2O.
Итого количество белого шлама будет составлять
=3,02+2,57+1,84+0,91=8,34 кг,
Расчет жидкой фазы, увлекаемой белым шламом. В сгущенном белом шламе из конуса сгустителя содержится 600г/л твердого, (пункт 6.1, 15), тогда объём жидкой фазы белого шлама будет равен
1-600/2500=0,76 л
где 2500 - плотность твердой фазы, кг/м3
Или жидкая фаза составит
0,76?1200=912 г,
где 1200 - плотность алюминатного раствора после обескремнивания
(пункт 4.1, 13).
Таким образом на каждую единицу твердой фазы приходится жидкой фазы или
Ж/Т = 912/600 = 1,52.
Следовательно, с белым шламом поступает жидкой фазы (алюминатного раствора)
8,34?1,52=12,7кг,
где 8,34 - количество твердого в белом шламе, который содержит
12,7?98,8/1200=1,05 кг,
=12,7?90,98/1200=0,96 кг,
=12,7-1,05-0,96=10,69 кг,
где 98,8; 90,98 - содержание соответственно AI2O3 и Na2O в
алюминатном растворе после обескремнивания.
5) Расчет необходимого количества известняка, дозируемого в шихту. Расчет дозировки известняка сводится к расчету необходимого количества CaO для образования двухкальцевого силиката (2CaO.SiO2).
В шихте, поступающей на спекание, содержится SiO2
=269,68+3,02+13,55=286,25 кг,
где 269,68 - содержание SiО2 в красном шламе, кг (пункт 4.1, 20);
3,02 - содержание SiO2 в твердой фазе белого шлама, кг;
13,55 - содержание SiО2 в золе угля вводимого в качестве
восстановителя Fe = 70 кг и 460 кг угля, применяемого в
качестве топлива который рассчитывается следующим образом
(460?5,8/100) ? (50,5/100)=13,47 кг,
где 5,8- золы в топочном угле, %;
50,5 - содержание SiO2 в золе топочного угля, % (пункт 4.1, 8).
Зола кокса восстановителя содержит SiO2
(70?5/100) ? (2,35/100)=0,08 кг,
где 2,35- SiO2 в золе угля, %;
5 - процент золы в коксе, % (пункт 4.1, 8).
Или сумма SiO2 в золе угля будет равна
=13,47+0,08=13,55 кг.
При отношении в шихте CaO:SiO2=2:1 на связывание 286,25кг SiO2 потребуется CaO
=286,25?112/60=534,33 кг,
где 112 - молекулярный вес 2CaO;
60 - молекулярный вес SiO2.
В этом количестве СаО содержится: СаО, поступающий с красным шламом в количестве 18,39 и с золой угля
(460?5,8?3,1/100)+(70?5?4,2/100)=0,98,
где 3,1 - CaO в золе топочного угля, %;
5,8 - процент золы топочного угля, %;
4,2 - СаО в коксе, %;
5 - процент золы в коксе, %.
Тогда необходимо подать в шихту с известняком СаО
=534,33-18,39-0,98=514,96 кг
или количество известняка будет равно
= 514,96/(0,547-0,015)=967,97 кг,
где 0,547 - содержание СаО в одном кг известняка, кг (пункт 4.1,2);
0,015 - количество СаО, связанного с SiO2 известняка в 2СаО?SiO2,
которое рассчитывается следующим образом
=(0,8/100) ? (112/60)=0,015 кг,
где 0,8- содержание SiO2 в известняке, % (пункт 6.1, 2);
112 и 60 - молярная масса 2 молекул СаО и 1 молекулы SiO2.
Расчет компонентов, содержащихся в извести с учетом пункта 6.1, 2
=967,97?42,98/100 = 416,03 кг,
=967,97?0,8/100 = 7,74 кг,
=967,97?54,7/100 = 529,48 кг,
=967,97?0,52/100 = 5,03 кг,
967,97-(416,03+7,74+5,03+529,48) = 9,69 кг
Расчет влаги в коксе восстановителя железа. В качестве восстановителя железа вводится 70 кг кокса содержащего какое-то количество влаги, которое составляет
70?5/100=3,5 кг,
где 5 - H2O содержащиеся в восстановителе железа, % (пункт 6.1, 8).
Следовательно, масса коксового угля восстановителя будет равна
70-3,5 = 66,5 кг.
Расчет компонентов золы угля восстановителя и топочного угля.
Количество золы в топочном угле
460?5,8/100=26,68 кг.
Количество золы в восстановителе будет равно
70?5/100=3,5 кг,
где 5,85 и 5 - соответственно количество золы в топочном угле и в
восстановителе железа, %.
Зола угля содержит
3,5 кг,
(26,68?22,6/100) + (3,5?1,7/100)=6,08 кг,
(26,68?50,5/100) + (3,5?2,35/100)=13,48 кг,
(26,68?9,4/100) + (3,5?9,2/100)=2,82 кг,
= (26,68?3,1/100) + (3,5?4,2/100)=0,97кг,
=26,68+3,5-(6,08+3,5+13,48+2,82+0,97)=3,33 кг,
где 22,6; 1,7; 50,5; 2,35; и т.д.- содержание AI2O3; SiO2; CaO; Fe2O3 в
топочном угле и в восстановителе железа
(пункт 4.1, 8).
Количество золы
=6,08+3,5+13,48+2,82+0,97+3,3=30,18 кг
Расчет потерь при размоле шихты. Потери Al2O3 = 1,63 и NaO = 1,73кг, которые рассчитаны в таблице 6.1; остальные компоненты рассчитываем пропорционально доле Al2O3 в потерях к Al2O3 содержащегося в красном шламе поступающим на спекание (пункт 6.1, 20).
1,63?440,06/363,59=1,97 кг,
1,63?269,68/363,59=1,21 кг,
=1,63?18,39/363,59=0,08 кг,
=1,63?83,78/363,59 = 0,38 кг,
=1,63?15,31/363,59=0,07 кг
1,97+1,21+0,08+0,38=7,07кг.
Расчет дозировки боксита в шихту спекания. В среднем боксит дозируется из расчета 2 вагона боксита на 13 вагонов известняка
2?100/15=13,34%.
Тогда количество вводимого боксита в шихту, из расчета на 1 тонну глинозема составит
967,97?13,34/100=129,13 кг,
где 967,97 - количество вводимого известняка, кг.
Расчет компонентов в водимом боксите при учете, что 42,49; 19,2; 10,8; 0,9; 1,9; 24; 16,2 - процент содержания Al2O3, Fe2O3, SiO2, CaO, H2O, п.п.п, прочие в боксите (пункт 4.1, 1)
129,13?42,49/100=54,87 кг,
129,13?19,2/100=24,79 кг,
=129,13?10,8/100=13,95 кг,
=129,13?0,9/100=1,16 кг,
=129,13?1,9/100=2,45 кг,
=129,13?24/100=30,99 кг,
129,13?16,2/100=20,92 кг,
=129,13-(54,87+24,79+13,95+1,16+2,45+3,99)=0,92 кг.
Всего
54,87+24,79+13,95+1,16+2,45+3,99+0,92=150,05 кг.
6) Уточненный расчет известняка. Количество введенного SiO2 с учетом СаО содержащегося в боксите составит
=286,25+13,95-(1,16?60/112)=299,58 кг,
где 286,25 - SiO2 содержащейся в шихте, кг;
13,95 и 1,16 - SiO2 и СаО введенном боксите, кг;
60 и 112 - молекулярный вес SiO2 и 2СаО.
На это количество SiO2 надо дозировать СаО известняка
=299,58?112/60=559,43 кг.
Тогда за вычетом СаО вводимого с красным шламом равного 18,39 кг (пункт 6.1, 20) и с золой угля равного 0,98 кг необходимо ввести СаО
=559,43-18,39-0,98=540,06 кг
или количество вводимого известняка составит
=540,06/(0,547-0,015)=1015,15 кг.
Расчет компонентов уточненного количества известняка
= 1015,15?54,7/100=555,29 кг,
= 1015,15?42,98/100=436,31 кг,
1015,15?0,8/100=8,12 кг,
=1015,15?0,52/100=5,28 кг,
(555,29+436,31+8,12+5,28)-1005=10,15 кг.
Всего известняка
= 555,29+436,31+8,12+5,28+10,15=1015,15 кг,
где 42,98; 54,7; 0,8; 0,52 - содержание в известняке CO2; SiO2; CaO;
прочие (пункт 4.1, 2).
7) Расчет дозировки свежей соды. Расчет дозировки свежей соды производится из расчета
ащел.=(Na2O/Al2O3)?1,645=1,37.
Количество Al2O3 вводимого в шихту равно
363,59+17,5+13,4+2,57+1,05+6,08+54,87=459,06 кг,
где 363,59 - содержание Al2O3 в твердой фазе красного шлама, кг (пункт
6.1, 20);
17,5- содержание Al2O3 в жидкой фазе увлекаемой красным шламом, кг;
13,4- содержание Al2O3 в жидкой фазе увлекаемой рыжей содой, кг;
2,57- содержание Al2O3 в твердой фазе белого шлама, кг;
1,05- содержание Al2O3 в жидкой фазе белого шлама, кг;
6,08- Al2O3 вводимого с золой угля, кг;
54,87- Al2O3 вводимого с бокситом, кг.
Расчет количества Na2O введенного с компонентами шихты без учета свежей соды
231,2+5,09+0,8+72,43+12,98+2,63+1,84+0,96=327,93 кг,
где 231,2- содержание Na2O введенного с красным шламом (пункт 4.1,20);
5,09 и 0,8 - Na2Oк и Na2Oу введенного с жидкой фазой красного
шлама, кг (пункт 4.1, 21);
72,43 - Na2O введенного с рыжей содой, кг;
12,98 и 2,63 - Na2Oк и Na2Oу введенного с жидкой фазой рыжей содой,
кг;
1,84- содержание Na2O в твердой фазе белого шлама, кг;
0,96 - содержание Na2Oк в жидкой фазе белого шлама, кг.
Расчет дозировки свежей соды (в Na2Oк)
1,37= (Na2O/459,06)?1,65,
= 459,06?1,37/1,645=382,32 кг.
Необходимо ввести в свежую соду Na2О
= 382,32-327,93=54,67кг,
где 459,06 - содержание Al2O3 в введенной шихте, кг;
327,93 - содержание Na2О в введенной шихте.
Тогда количество натуральной соды составит
= (54,39?106/62)/(96,1/100)=96,76 кг
В которой содержится Na2CO3
= 54,39?106/62=92,99 кг,
где 96 - содержание Na2CO3 на Н2О в товарной соде, % (пункт4.1, 3);
106 и 62- молекулярный вес Na2CO3?H2O и Na2O.
Расчет компонентов свежей соды
= 92,99?44/106=38,6 кг,
= 92,99-38,6=54,39 кг,
= 96,76?1/100=0,97 кг,
= 96,76-(38,6+54,39+0,97) =2,8 кг.
где 1 - содержание Н2О в соде, % (пункт 41, 3);
44 и 106 - молекулярный вес СО2 и Na2CO3*H2O.