Относительно небольших капиталовложений

Количество СО₂, выделяющегося при обжиге 1 кг известняка:
СО₂ из СаСО₃ =
СО₂ из MgСО₃=
H₂О =
Всего: 0,41 кг
Расход известняка на 1 кг извести стандартного качества составляет:
β= кг/кг
Количество разлагающегося при обжиге известняка :
СаСО₃=96,1^.η=96,1^.0,94=90,33 кг
Неразложившийся остаток:
СаСО₃= 96,1-90,33=5,77 кг
По реакциям посчитаем:
С аСО₃ СаО+СО₂
кг СаО

M gСО₃ MgО+СО₂

кг MgO
Суточная производительность по обжигу равна 50 т/сутки или 2,08 т/ч.
Для получения 50 т/сутки расход карбонатного сырья по массе:
50000^. 1,69=84500 кг/сутки =0,98кг/сек
Таблица 6.2
Материальный баланс процесса обжига на 1 кг извести

Состав	Количество компонентов, составляющих 1 кг известняка, кг	Расход известняка на 1 кг извести, кг
СаСО3 MgCO3 R2O3+SiO2 H2O	0,961 0,01 0,014 0,015	1,624 0,017 0,0237 0,0253
итого	1,0	1,69

Расход известняка на 1 кг извести:
1 кг - 1,69 кг 1 кг- 1,69 кг 1кг- 1,69 кг
0,961кг- х 0,01кг – х 0,014кг- х
х=1,624 кг (СаСО₃) х= 0,017 кг (MgCO₃) х= 0,0237кг( R₂O₃+SiO₂)

1 кг- 1,69кг

0,015-х
х=0,0253 кг (Н₂О)

Количество СаО, выпускаемого из печи равно 50,6 кг.

Содержание СаО в извести равно:

Из 100 кг известняка получается стандартной извести содержащей 85 % СаО:
кг


6.3. Расчет горения топлива
%
%
%
%
%
%
Состав рабочего топлива, %

С^р	Н^р	N^р	O^р	S^р	A^р	W^р	сумма
65,74	3,82	1,52	4,82	0,53	14,56	9,0	100

Определяем теплоту сгорания рабочего топлива:
Q_н= 339^.С^р+1030^.Н^р-108,9(О^р-S^р)-25W^р
Q_н= 339^.65,74+1030^.3,82-108,9^. (4,82-0,53)- 25^.9,0=25528,3кДж/кг


Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха:
L₀=0,0889^.С^р + 0,265 ^. Н^р -0,0333 (О^р- S^р)
L₀=0,0889 ^. 65,74+ 0,265^.3,82 -0,0333^. ( 4,82 – 0,53) =6,71 м³/кг
Количество воздуха с учетом влажности атмосферного воздуха при d=10 г/кг сухого воздуха получим:


Определяем действительное количество воздуха при α=1,3:
Сухого L_α=1,3^.6,71=8,72 м³/кг,
Атмосферного L_α^, =1,3^.6,82=8,87 м³/кг


Объем и состав продуктов горения при α=1,3:
V_CO2=0,185 ^. C^р= 0,0185^.65,74=1,216 м³/кг,
V_SO2=0,007 ^. S^р= 0,007^.0,53=0,0037 м³/кг,
V_H2O=0,112 ^. H^р+0,0124^.(W^p+100ω_p)+0,0016^.d^.L_α,
где ω_p=0
V_H2O=0,112 ^. 3,82+0,0124^.(9,0+100^.0)+0,0016^.10^.8,72=0,679 м³/кг,
V_N2=0,79 ^. L_α+0,008^. N^р= 0,79^.8,72+0,008^.1,52=6,901 м³/кг,
V_O2=0,21 ^. (α - 1)^.L₀=0,21(1,3-1)^.6,71=0,423 м³/кг.


Общий объем продуктов горения при α=1,3
V_α^п.г.= V_CO2+ V_SO2+ V_H2O+ V_N2+ V_O2
V_α^п.г.=1,216+0,0037+0,679+6,901+0,423=9,22 м³/кг


Определим процентный состав продуктов горения:
%
%
%
%
%
Всего: 100 %
Плотность газа:
ρ СО₂=1,977 кг/м³;
ρ SO₂= 2,852 кг/м³;
ρ H₂O=0,804 кг/м³;
ρ N₂ =1,251 кг/м³;
ρ O₂ =1,429 кг/м³





кг/м³


Влагосодержание продуктов горения





г/кг


Таблица 6.3
Материальный баланс обжига на 100 кг известняка

Известняк		Известь
Приход	кг	Расход	кг	%
СаСО3	96,1	СаО	50,6	86,8
MgCO3	1	MgO	0,48	0,82
R2O3+SiO2	1,4	R2O3+SiO2	1,4	2,4
H2O	1,5	СаСО3	5,8	9,95
		сумма	58,3	100
		Газ:
		СО2 из СаСО3	39	95,1
		СО2 из MgCO3	0,5	1,2
		Н2О известняка	1,5	3,69
		Сумма	41,0	100
Итого	100	Итого	99,3
		Невязка: 0,7

Невязка баланса составляет: 100-99,3= 0,7

6.4. Расчет времени обжига известняка
Продолжительность обжига зависит от крупности кусков (зернового состава материала, загружаемого в печь, температурного перепада и коэффициента теплопередачи.
Время нахождения известняка в печи рассчитывают по зонам: в зоне нагревания τ_н, в зоне обжига τ_об, и в зоне охлаждения τ_ох.
τ₌ τ_н+ τ_об+ τ_ох
Для расчета τ принимаем показатели температуры:
Начало разложения известняка t_p= 856 ⁰С,
Температура известняка, выходящего из зоны обжига τ_об^,=940 ⁰С,
Температура воздуха на входе в зону обжига τ_об= 400 ⁰С,
Средний радиус куска известняка r=0,06м.
Поскольку содержание MgCO₃ в известняке мало при расчете времени последнего в печи это содержание не учитывают.
Количество теплоты, проходящее от среды к телу, зависит от температурного перепада, площади тела, времени соприкосновения фаз и коэффициента теплопередачи К, выражающего число Ватт, при разности температур 1⁰С.
где
λ-теплопроводность известняка - 2,3Вт/м²,
δ- толщина подогреваемого слоя куска известняка, равная радиусу r, м
α- коэффициент теплоотдачи от газа к известняку, Вт/(м^2.К)
для зоны нагрева α= 13,96 Вт/(м^2.К)
для зоны обжига α=20,93 Вт/(м^2.К)
для зоны охлаждения α= 11,63 Вт/(м^2.К)

1. 
   Зона нагрева. Чтобы нагреть кусок известняка от 10 ⁰С до его температуры разложения 856 ⁰С, ему следует сообщить количество теплоты
   

Q₁=mc^.(t_p-t_м), где
с- удельная теплоемкость известняка 2,33 кДж/кг^.К
m- масса шара
ρ-плотность известняка, 2650 кг/м³
кг,
Тогда
Q₁=2,396^.2,33^.(856-10)=4722,9 кДж

Количество теплоты, сообщаемое куску известняка во время нагрева

Q₂=K_н^.S^. Δt_н^. t_н^. 10^-3
где К_н- коэффициент теплопередачи в зоне подогрева, Вт/(м²К)
S-площадь поверхности куска известняка,м²
Δt_н- разность температур. ⁰С
t_н^- время нахождения известняка в зоне нагрева, с;

Определим К_н, Δt_н и S:

Вт/(м²с)
S=4πr²= 4^.3,14^.0,06²=0,045 м^2
0С

Q₂= 10,19^. 0,045^.192^. t_н^.10^-3=0,088^.t_н

Т ак как Q₁= Q₂, то
4722,9=0,088^.t_н
t_н=53669,3 с=14,9ч.

2. 
   Зона обжига. Количество теплоты, поступающей при обжиге к шарообразному куску известняка через его поверхность
   

Q₃=K_обж^.S^. Δt_об^. t_об^. 10^-3
Для разложения этого куска известняка ему необходимо сообщить количество теплоты
Q₄ ^,=m^.1782,7=2,396^. 1782,7=4271,3 кДж,
где m- масса известняка ,
1782,7- удельное количество теплоты на разложение СаСО₃, кДж/кг.
Учитывая, что в известняке содержится 96,1 % СаО и степень обжига 94 % получим:
Q₄= 4271,3^. 0,961^.0,9033=3707,96 кДж
Для определения К_обж необходимо учесть среднюю теплопроводность известняка и извести


Вт/(м²К),
где λ- теплопроводность известняка и извести
λ_{извести}=0,62 Вт/(м²К),
λ_изв-ка=2,3 Вт/(м²К),
Вт/(м²К)
Площадь поверхности известняка:
S=4πr²= 4^. 3,14^.0,06²=0,045 м²

Температурный перепад равен

⁰С

Q₃=11,4^. 0,045 ^. 152 ^. t_об^. 10^-3

Т ак как Q₃= Q₄, то
3707,96= 0,078 ^. t_об
t_об=47537,95 с=13,3 ч.

3. 
   Зона охлаждения
   

Масса куска известняка после обжига:
кг,
где - масса куска известняка до обжига, кг
58,3/100- выход извести из 1 кг массы известняка.
При охлаждении куска до 50⁰С он отдает количество теплоты
Q₅=mc^.(t_обж. ^,-t_изв),
где с- удельная теплоемкость извести, кДж/(кг К) - 0,795


кДж
Количество теплоты, отдаваемое площадью поверхности куска извести в зоне охлаждения:
Q₆=K_охл^.S^. Δt_охл^. t_охл^. 10^-3

Определим К_охл, Δt_охл и S:

Вт/(м²с)

Среднелогарифмическая разность температур:

⁰С
t_обж ^,= 940 ⁰С
t_обж ^в= 400 ⁰С
t_в = 10 ⁰С
t_изв = 50 ⁰С
Q₆=5,46^.0,045^. 192^. t_охл^. 10^-3
Т ак как Q₅= Q₆, то
988,57= 0,047 ^. t_охл
t_охл=21033,4 с=5,8 ч.
Общее время нахождения известняка в печи:
Т=14,9+13,3+5,8=34 ч.


6.5 Расчет конструктивных размеров шахтной печи.
Полезный объем шахты V_ш(м³) определяем из уравнения

Отсюда следует
,

где Р- производительность печи ( кг извести в сутки)

τ- время нахождения материала в печи, ч
γ- масса 1 м³ извести, 800 кг/м³
Полезный объем шахты:

Отношение высоты шахты к среднему диаметру принимаем

Средний диаметр шахты определяем из выражения
,
где Н= 3^. D_cp
Тогда средний диаметр печи

Высота шахты
Н=3^. 3,35=10,05м
Суточный удельный съем с 1 м³ полезного объема шахты:
т
Суточный удельный съем с 1 м² поперечного сечения шахты:
т
Высота зоны подогрева
Н_под=1,2^. 35^. Р_s^. d_м^{2 .} K₁,

где d_м- диаметр кусков известняка, 0,12 м

Н_под=1,2^. 35^. 7,62^. 0,12^{2 .} 1,86=8,6 м

Высота зоны обжига
Н_обж=1,5^. 5,5^. m^. d_м^{2 .} K₂,
,
где V_м- расход известняка с насыпным весом 1500 кг/м³ на 1 кг извести
м³
V_т- расход топлива с насыпным весом 1000 кг/м³ на 1 кг извести


К₂=(Р_s ^. d_м)^0,17=(7,62 ^. 0,12)^0,17=0,983
Н_обж=1,5 ^. 5,5 ^. 0,12 ^. 0,98^. 4,5= 4,3м
Высота зоны охлаждения
Н_охл=1,2 ^. 9 ^. Р_s ^. d_м^{2 .}К₁=2,2 м