Дипломная работа: Проектирование отделения вакуумной сепарации титановой губки на базе АО "УК ТМК"

Материальный баланс вакуумной сепарации

Таблица 4.

Материальный баланс процесса вакуумной сепарации (цикловой)

Исходные данные для расчета.

Состав реакционной массы: 4300 кг титана, 2907 кг магния, 682 кг хлорида магния.

Температура выдержки в процессе вакуумной сепарации 1010 °С.

Аппарат поступающий в отделение сепарации имеет температуру 600 – -650 °С.

Температура стенки охлаждаемой оборотной реторты не более 100 °С. Температуры: плавления Mg — 651 °С, кипения Mg — 1102 °С, плавления MgCl2 — 718 °С, кипения MgCl2 — 1410 °С.

Тепловой расчет реактора

Рассчитываем количество тепла необходимое на испарение магния:

 ,

гдеQ/ - скрытая теплота испарения Mg – 5606,5 кДж/кг °С;

 - скрытая теплота плавления Mg –361,9 кДж/кг °С;

С - теплоемкость Mg;

G - вес Mg;

 кДж.

Определим количество тепла, необходимого на испарение MgCl2:

 ,

гдеQ// - теплота возгонки MgCl2 - 1368 кДж/кг °С;

 - теплота плавления MgCl2 - 452 кДж/кг °С;

С - теплоемкость MgCl2 ;

G - вес MgCl2 .

QMgCl2 = 682 . [0,84 . (718 – 20) + 452 + 1368 + 0,97 . (1010 – 718) =

= 1834279 кДж.

Определим количество тепла необходимого на нагрев титановой губки:

QTi = G . C . (tпл – tг) ,

гдеС - теплоемкость титана – 0,67 кДж/кг °С

G - вес титана - 4300 кг

tг - температура губки - 700°С.

QTi = 4300 . 0,67(1010 – 700) = 893110 кДж.

Количество тепла необходимого на нагрев реактора:

Qp = G . C . (tнр – tр),

где С - теплоемкость нержавеющей стали – 0,62 кДж/кг °С;

G - вес реактора.

,

гдеdн - наружный диаметр реактора, м;

dВн - внутренний диаметр реактора, м;

- плотность материала реактора – 7200кг/м2.

.

Qрет = 3310 . 0,62 . (1010 – 600) = 841402 кДж.

Расчет потерь тепла в оборотную реторту:

- потери через крышку реактора:

,

гдеE - степень черноты крышки – 0,9;

С0 - лучеиспускание абсолютно черного тела 20,7 кДж.

,

где n - число экранов;

F - площадь экранов крышки.

Fэ = Fкр – Fц.патр. .

Fэ= .

.

- потери через центральный патрубок:

Суммарные потери в оборотную реторту: Qв.обр.рет = Qкр + Qц.п ,

Qв..обор.рет.= 199805 +8520 =208325 кДж

Расчет охлаждения оборотной реторты

Расчет охлаждения оборотной реторты производится при конденсации Mg от температуры процесса равной 1010 °С до температуры водоохлаждаемой стенки реторты равной 100 °С.

- тепловыделения при конденсации Mg:

Q1 = G . Q/,

где Q/ - скрытая теплота возгонки Mg - 5606 кДж;

G - вес Mg.

Q1 = 2907 . 5606 = 16298269 кДж.

- тепловыделения при охлаждении магния до температуры плавления 651 °С:

Q2 = G × Cж × (tпр – tпл).

Q2 = 2907 × 1,4 ×(1010 × 651) = 1458400 кДж.

где Cж - теплоемкость Mg = 1,4 кДж.

- тепловыделения при затвердении жидкого Mg:

Q3 = G × Q// .

Q3= 2907 × 362 = 1052087 кДж

гдеQ// - скрытая теплота плавления – 362 кДж.

- тепловыделения при охлаждении твердого Mg до температуры водо-охлаждаемой стенки реторты:

Q4 = G × C × (tпл × tст) .

Q4= 2907 × 1,17 × (651 – 100) = 1876490 кДж.

где С - теплоемкость Mg в интервале 651 – 100 °С – 1,17 кДж.

- Суммарные тепловыделения при конденсации Mg:

QMg = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 .

QMg = 16298269 + 1458400 + 1052087 + 1876490 = 20685248 кДж.

Расчет тепловыделений при конденсации паров MgCl2 от температуры процесса 1010 °С до температуры конденсатора 100 °С

- тепловыделения от конденсации паров MgCl2:

Q1 = G × Q///,

где Q/// - скрытая теплота испарения MgCl2 – 1368 кДж.

Q1 = 682 × 1368 = 933090 кДж.

- тепловыделения при охлаждении от 1010 °С до температуры плавления 718 °С:

Q2 = G × Cж × (tпр – tпл) ,

гдеCж - теплоемкость MgCl2 – 0,97 кДж.

Q2 =682 × 0,97 × (1010 – 718) = 193304 кДж.

- тепловыделения при затвердевании жидкого MgCl2: Q3 = G × QIÑ .

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11