Аппаратурно-технологическая схема

4.1.2.9. Аппаратурно-технологическая схема.

Схема 2. Аппаратурно-технологическая схема переработки сплава карбидов окислительным обжигом в печи кипящего слоя.

Щековая дробилка

Печь кипящего слоя

Чашевой гранулятор

Дисковая мельница 4.1-Циклон

Рукавный фильтр

Бункер

Тарельчатый питатель

Шлюзовый питатель

Порог выгрузки

Система водяного охлаждения

Подина

Реактор выщелачивания (с распыляющимся с верху реагентом)

ПУТЧ фильтр

Шахтная емкость осаждения (колонна осаждения)

НУТЧ фильтр.

Сушильные аппараты с вращающимися барабанами.

10-Индукционная печь 11-Насос

4.2. Состав исходного сырья

Таблица 2. Состав исходного сырья.

	WC	TiC	Со	Zn	Си	Fe	всего
кг/ч	130,000	25,000	10,000	0,500	1,000	0,167	166,667
%	78,000	15,000	6,000	0,300	0,600	0,100	100

4.3. Краткая характеристика элементов шихты 4.3.1. WC - Карбид вольфрама [12]

Молекулярная масса: 195,86

Получаются прокаливанием смеси W и С при 1400-1500°С.

Физические и химические свойства, tnn WC свыше 3000°С; плотность WC 15,6 г/см3.

Нерастворимы без разложения ни в одном из известных растворителей.

Применение: в производстве твердых сплавов.

Внешний вид: серые кристаллы

4.3.2. WO3 - Оксид вольфрама (VI) [12].

Парамагнитные желтые (оранжевые при нагревании) ромбические мелкие кристаллы (плотность равна 7,16-7,22 г/смЗ), которые плавятся при 1473°С, превращаясь в зеленую жидкость, кипящую при 1750°С. Они сублимируются, начиная от 1357°С. Мало растворимы в воде и кислотах. Растворяется в расплавах и растворах щелочей с образованием вольфраматов или поливольфраматов. Получают нагреванием металлического вольфрама при 900°С на воздухе или в токе кислорода, а также прокаливанием вольфрамовой кислоты H2WO4. Применяют в химической, стекольной и керамической промышленности для получения металлического вольфрама и его сплавов.

4.3.3.TiC - Карбид титана [12]

tun свыше 3000 °С. Карбид титана, обладающий высокой твердостью и тугоплавкостью, является компонентом жаропрочных и твердых инструментальных сплавов, абразивный материал, его используют для нанесения износостойких покрытий, для изготовления различных керамических изделий, в т. ч. тиглей и чехлов термопар, стойких к расплавленным металлам, для футеровки вакуумных высокотемпературных печей.

4.3.4. ТЮ2 - Оксид титана (IV) [12]

Встречается в природе в виде минерала рутила, анатаза (тетрагональные кристаллы) и брукита (ромбические кристаллы). Белый порошок. tra=1870°C, tKtni=30000C, плотность равна 3,6-3,95 г/см3 (анатаз), плотность равна 4,1-4,2 г/см3 [2] (брукит), плотность равна 4,2-4,3 г/см3 [2] (рутил). Разлагается выше 2927°С. Мало растворим в воде, разбавленных кислотах или растворах щелочей. Растворяется в концентрированной серной кислоте при нагревании, в расплавах гидроксидов или карбонатов щелочных металлов. Получают сжиганием металлического титана в избытке кислорода. Применяют в качестве пигмента для пластических масс, масляных красок, при производстве молочного стекла, тугоплавких стекол, фарфора, огнеупорного кирпича, в производстве эмалей, глазурей. В реакциях органической химии служит в качестве катализатора.

4.3.5.Со-Кобальт [12]

Электронная формула KL3s23p63d74s2, еион (Ме<=>Ме++е) =7,86 эВ.

Степень окисления: (+1), +2, (+3, +4); валентность: (1), 2, (3,4)

Физические свойства: серебристо-серый с розоватым оттенком металл, tra=1494°C,

1кип=2960°С, плотность кобальта 8,90 г/см3

Распространенность в природе: содержание в земной коре 410"3%(масс)

Основной минерал: кобальтин CoAsS (кобальтовый блеск).

Получение: из руд пиро - и гидрометаллургическими методами. В частности на конечной стадии смесь оксидов кобальта восстанавливается углеродом в электропечах.

Химические свойства: малоактивный металл. Устойчив к действию сухого и влажного воздуха. Растворяется в разбавленных кислотах. При нагревании реагирует с кислородом, галогенами, азотом, серой и другими неметаллами.

4.3.6.СоО - Оксид кобальта (П) [12]

Серовато-зеленый кристаллический порошок с решеткой типа NaCl.1ПЛ=1935°С, плотность равна 6,45 г/см. Устойчив до 2860°С. Мало растворим в воде и других растворителях. Проявляет основные свойства. Восстанавливается до металлического кобальта водородом, углеродом, серой, алюминием. Получают действием кислорода или паров воды на металлический кобальт при температуре выше 940°С, разложением СозСч или СоаОз, прокаливанием гидроксида, сульфата, нитрата кобальта (П). Применяют для изготовления отрицательных электродов аккумуляторов, для получения окрашенных стекол, фарфора и эмалей, в качестве катализатора.

4.3.7.Со2О3 - Оксид кобальта (Ш) [12]

Черные гексагональные мелкие кристаллы. Плотность равна 5,34 г/см3. Устойчив в виде моногидрата. Превращается в СозСч при 265°С, в СоО при 940°С с выделением кислорода. Окисляет хлороводородную кислоту с выделением хлора. Восстанавливается водородом или метаном. Получают дегидратацией Со20з nt^O или прокаливанием нитрата кобальта (П) при 180°С. Применяют как пигмент для эмалей и глазурей.

4.3.8. Zn - Цинк [12]

Электронная формула KLM4s2, Еион(Ме=>Ме++е) =9,39 эВ

Степень окисления: +2; валентность: 2

Физические свойства: серебристо-белый с голубоватым оттенком мягкий металл,

U =1809°C, tjonr^OOCfC, плотность равна 7,13 г/см3

Распространенность в природе: содержание в земной коре 8,010"3%(масс)

Основные минералы: сфалерит (цинковая обманка) ZnS

Получение: из руды пирометаллургическим и гидрометаллургическим способом

Химические свойства: малоактивный металл, проявляет амфотерные свойства. Реагирует с неметаллами, водой, кислотами, щелочами.

4.3.9.ZnO - Оксид цинка [12]

Встречается в природе в виде минерала цинкита. Диамагнитные кристаллы со структурой вюртцита белого цвета. tnn=1969°C, плотность равна 5,70 г/см3. Мало растворим в воде. Растворяется в кислотах и щелочах. Обладает люминесцентными и фотохимическими свойствами. При нагревании восстанавливается углеродом, монооксидом углерода, водородом. В лаборатории может быть получен сжиганием металлического цинка или прокаливанием гидроксида, карбоната или нитрата цинка. Применяют для приготовления масляных красок, для получения некоторых препаратов, используемых в медицине и косметике, в резиновой и керамической промышленности, а также в качестве катализатора при синтезе метанола.

4.3.10. Си - Медь [12]

Электронная формула KLM4S1, Еи0н(Ме<=>Ме++е) =7,72 эВ

Степень окисления: +1, +2, (+3); валентность: 1,2, (3)

Физические свойства: мягкий блестящий металл красноватого цвета, 1Ш =1085°С,

1кип=2540°С, плотность меди 8,94 г/см3

Распространенность в природе: содержание в земной коре 4,710"3%(масс)

Основные минералы: халькопирит CuFeSi, халькозин (медный блеск) CuiS, малахит Си2(ОН) 2СОз, встречается также в свободном состоянии (самородная медь).

Получение: из руд пирометаллургическим и гидрометаллургическим способом. В пирометаллургическом способе медь получается при нагревании смеси оксида и сульфида меди(1). В гидрометаллургическом - восстановлением железом (металлическим ломом) из раствора медного купороса.

4.3.11. Си2О - Оксид меди (I) [12]

Встречается в природе в виде минерала куприта. Диамагнитные кубические кристаллы, цвет которых меняется от коричневого до карминово-красного. tnn=1238°C. Мало растворим в воде. Растворяется в аммиаке или галогеноводородах. При 1025°С превращается в СиО, выше 1050°С - термически диссоциирует на элементы. Можно получить обработкой солей меди (II) щелочами или карбонатами щелочных металлов в присутствии восстановителя. Применяют в керамической промышленности в качестве пигмента.

4.3.12. СиО - Оксид меди (П) [12]

Встречается в природе и называется черной медью, мелаконитом или теноритом. Парамагнитный черный порошок (или черные кубические кристаллы). tnn=1335°C, 1пл=1026°С, плотность равна 6,45 г/см3. Мало растворим в воде. Растворяется в концентрированных кислотах, при нагревании или в иодиде аммония. Растворяется в стекле, эмалях, придавая им зеленовато-синюю окраску. Восстанавливается до меди водородом, монооксидом углерода, металлами. Получают нагреванием меди выше 80°С, водной суспензии гидроксида меди (П), прокаливанием нитрата или основного карбоната меди. Применяется в производстве стекла и эмалей в качестве пигмента, в микроанализе для определения углерода, водорода и азота в органических соединениях.

4.3.13. Fe-Железо [12]

Электронная формула KL3s23p63d64s2, ЕиОН(М<=>Ме++е) =7,90 эВ.

Степень окисления: +2, +3, (+4, +6, +8);

валентность: 2,3, (4,6, 8).

Физические свойства: серебристо-серый твердый металл, tim=1539°C, 1кип=3200°С, плотность железа 7,87 г/см3.

Распространенность в природе: четвертый (после О, Si, A1) по распространенности в земной коре элемент (4,65%(масс))

Основные минералы: магнетит РезО4, гематит Рб20з, лимонит Рв2Оз хН2О

Получение: восстановлением железной руды коксом или оксидом углерода (II).

Химические свойства: металл средней химической активности. Окисляется при обычной температуре во влажном воздухе. Растворяется в разбавленных кислотах. При нагревании реагирует с неметаллами.

4.3.14. ГеО - Оксид железа (II) [12]

Диамагнитный черный неустойчивый кристаллический порошок. Решетка типа NaCl. tm=13680C. Превращается в при нагревании на воздухе. Мало растворим в воде и щелочах. Растворяется в кислотах. Разлагает при нагревании воду. Получают окислением металлического железа, восстановлением оксида железа (Ш) СО или водородом, прокаливанием смеси Рб2Оз и порошка железа.

4.3.15. Fe2O3 - Оксид железа (Ш) [12]

Самое устойчивое природное кислородсодержащее соединение железа, которое встречается в виде минералов гематита или красного железняка. Существует три модификации: a-Fe2O3 (парамагнитна), у-Ре2Оз (ферромагнитна), 8-Ре2Оз (ферромагнитна). а-Ре2Оз представляет собой красный порошок. tra=1562°C [1], плотность равна 5,24 г/см3. Мало растворим в воде. Растворимость в кислотах зависит от температуры и продолжительности прокаливания оксида перед растворением. Получают прокаливанием гидроксида или нитрата железа (III), карбоната, сульфата железа (П) или пирита на воздухе. Применяется как пигмент для изготовления красок.

4.3.16. Бентонит [13]

Бентониты представляют собой монтмориллонитовую породу общей формулы:

(Cao,5Na) oj(Al,Mg,Fe) 4(Si,Al) 802o(OH) 4nH2

и являются разновидностью белых или сукновальных глин. Характеризуются рядом ценных свойств, таких, как высокая набухаемость в воде, способность сохранять приданную форму, тонкая дисперсность, обладают моющей, эмульгирующей, клеящей, загущающей способностями, что обусловливается свойствами ведущего минерала этих глин - монтмориллонита; последний подразделяют на щелочной - с высоким содержанием Na2O и щелочноземельный - содержащий преимущественно CaO, MgO.

Известно о применении бентонитовых глин в качестве загустителей печатных красок при набивке шелковых тканей активными и кубовыми красителями.

Таблица 3. Типовой химический состав бентонита.

4.4. Термодинамические данные компонентов сырья

Таблица 4. Термодинамические данные компонентов сырья [5].

Со203	159	-	19,3	8Д	-2,4
Си	0	1085	5,41	1,5	_
СиО	39,5	1026	9,27	4,8	-
Си20	40,76	1238	14,9	5,7	-
Zn	0	1809	5,43	2,4	-
ZnO	83,4	1969	11,71	1,22	-2,18
Fe	0	1539	9,0	-	-
FeO	63	1368	12,38	1,62	-0,38
Fe203	197,51	1562	31	1,76	-
C02	94,05	.	10,55	2,16	-2,84
H20	57,795	-	7,17	2,56	-2,84
02	0	-	7,52	0,81	-0,9
N2	0	.	6,66	1,02	_

4.4.1. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления

4.4.1.1.Основные реакции протекающие при обжиге.

WC + 2,5О2 = WO3 + СО2

TiC + 2О2 = ТЮ2 + СО2 3) Со + 0,5О2=СоО 4) Zn + 0,5O2= ZnO 5) 2Cu+0,5O2 = Cu2O 6) Ре+1,5О2 = Ре2Оз

0,5Cu2O +%О2 = CuO

2СоО + 0,5О2 = Со2О3

Fe + 0,5О2 = FeO

4.4.1.2. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления [5]

ДН7з=ЛН298+298Р173*ЛСр*с1Т

AHi173=AH298+ а*(1173-298) +1/2* Ь*10'3*(1173-298) 2 - с*105*1/Т

1) WC + 2,502 = W03 + СО2

ДН298=-20146-94,05+9,67= - 285840 кал/моль

АСр=(17,58+10,55-2,5*7,52-12,27) +(6,79+2,16-2,5*0,81-2,06) *10-3*Т+(0-2,04 + 0,9 *2,5+ 2,68) *105/Т2=-2,94+4,86*10"3*Т+2,89*107Т2

AHii73=-285840-2,94*875+4,86*10'3*1287125/2-2,89*105*(-0,0025) = - 284553,8= - 1190,5кДж/моль

2) TiC + 2О2 = TiO2 + СО2 ДН298=-225,8-94,05+43,9= - 245950 кал/моль

АСр=(17,97+10,55-2*7,52-13,296) +(0,28+2,16-2*0,81+1,944) *10-3*Т+(-4,35+2,04+4,212+0,912) *105/Т2=0,184+2,764*10-3*Т+2,35*105/Т2 АНц7з=-245950+0,184*875+2,764*10-3*1287125/2-2,35*105*(-0,0025) = - 243423,0= - 1018,5кДж/моль

3) Со + 0,5О2=СоО

АН298==-57100 кал/моль

АСр= (11,54-3,3-7,52/2) +(2,04-5,86-0,81/2) *10'3*Т+(0,4+0,9/2) *105/Т2= 4,48-4,22*

10-**Т+0,85*105/Т2

АНП7з= - 57100 +4,48*875-4,22*10'3*1287125/2-0,85*105*(-0,0025) =

-55683,3= - 232,9кДж/моль

4) Zn + 0,5O2 = ZnO

AH298=-83400 кал/моль

ДСр=(11,71-5,43-7,52/2) +(1,22-0,81/2-2,4) *10-3*Т+(-2Д8+0,9/2) *105/Т2= 2,52-1,58*

1(Г*Т-1,73*105/Т2

ЛНц7з= - 83400 +2,52*875-1,58*10-3*1287125/2+1,73 *105*(-0,0025) =

-82644= - 345,8кДж/моль

5) 2Cu+0,502 = Cu20

ДН298=-40760 кал/моль

АСр(14,9-2*5,41-7,52/2) +(5,7-2,15-0,81/2) *10-3*Т+(0+0,9/2) *105/Т2= 0,32+2,29*

1(И*Т+0,45*105/Т2

ДН„73= - 40760 +0,32*875+2,29*10-3*1287125/2-0,45*105*(-0,0025) =

-38893,7= - 162,7кДж/моль

6) Ре+1,5О2 = Ре2Оз

АН298=-197510 кал/моль

АСр=(31/2-9-1,5/2*7,52) +(1,76/2-1,5/2*0,81) *10'3*Т+(0+0,9*1,5/2) *105/Т2= 0,86+0,272*

10^*Т+0,675*105/Т2

АНц7з= - 197510 +0,86*875+0,272*10-3*1287125/2-0,675*105*(-0,0025) =-821,787кДж/моль

7) 0,5Си20 + У4О2 = СиО АН298=-18620 кал/моль

ACp(9,27-14,9/2-7,54/4) +(4,80-5,7/2-0,81/4) *10'3*T+(0+0,9/4) *105/T2=-0,06+1,75* 10-з*т+052о*ю5АГ2

АНц7з= - 18620 - 0,06*875+1,75*10-3*1287125/2-0, 20*105*(-0,0025) = - 17496,26= - 73,2кДж/моль

8) 2СоО + 0,5О2 = Со2О3 АН298=-22400 кал/моль

АСр (19,3/2-11,54-7,52/4) +(8,1/2-2,04-0,81/4) *10'3*Т+(-2,4/2-0,4+0,9/2) *105/Т2= - 3,77+1,807*

10'% -1,15*105Я2

АНц7з=-22400-3,77*875+1,807*10"3*1287125/2+1,15*105*(-0,0025) =

-24248,332= - 101,455кДж/моль

9) Fe + 0,5О2 = FeO ДНаэв^-бЗООО кал/моль

ACp=(12,38-4,18-7,52/2) +(l,62-5,92-0,81/2) *10'3*T+(-0,38+0,9/2) *105/T2= 4,44-4,7* 10'3*Т+0,07*105/Т2 AHii73=-63000+4,44*875-4,7*10'3*1287125/2-0,07*105*(-050025) =

-62122= - 259,9кДж/моль

5. Материальный баланс

Схему переработки можно разбить на 5 блоков:

Дробление и измельчение.

Грануляция и окисление в печи кипящего слоя.

Выщелачивание и фильтрация.

Осаждение и фильтрация.

Прокалка и сушка.

Схема 3. Блок схема процесса переработки карбида.

Производительность по поступающему сырью - 4т. в сутки, т.е.166,667 кг. в час. В блок 1 поступает исходное сырье, где дробится и измельчается.

5.1. Блок 2. Грануляция и окисление в печи кипящего слоя

В блок 2 поступает измельченное сырье не более 1 мм., где смешивается с не прореагировавшими карбидами и гранулируется. Крупность гранул - до 2мм.; распределение по крупности,% (масс) [3].:

(2-Й,5 мм) - 15(1,0+0,5 мм) - 35(1,5-1,0 мм) - 350,5 мм. -15

Продуктами обжига являются огарок 65%, циклонная пыль20%, пыль рукавного фильтра 15%. В огарок переходит 65% карбида, в циклонную пыль20% карбида, в пыль рукавного фильтра 15% карбида.

Степень окисления карбида в циклонной пыли 90%, в пыли рукавного фильтра 99%, необходима степень окисления в огарке 98%. Металлы Со, Zn, Cu, Fe окисляются нацело. Пыль рукавного фильтра и огарок поступают на выщелачивание, а пыль циклона идет на грануляцию. Не прореагировавший карбид также возвращается на грануляцию, т. к. при дальнейшем разделении присутствует как балласт.

Для расчета материального баланса нам необходимо знать состав исходной шихты для обжига.Т. к. после первого блока сырье гранулируется и смешивается с возвратным карбидом и пылью циклона, его состав и количество изменяются.

Таблица 5. Обозначение потоков.

Наименование потока	Обозначение	Значение кг/ч
Первичное сырье	ХО	166,667
Шихта для обжига	Х1	273,638
Возвратный карбид ог.	Х21	2,082
Возвратный карбид рук.	Х211	3, 202
Пыль циклона карбид	Хк221	0,24
Пыль циклона оксид	Хо221	30,992
Связующая вода	ХН20	38,36
Связующий бентонит	Хбент.	13,152

Схема 4. Потоковая схема процесса окисления карбидов.

5.1.1.Запишем уравнения используя исходные данные и принятые значения

Xi=Xo+XK2i i+XO2l 1+X21+X221

Хо=166,67

Хк211=0,2*0,1 *(0,78+0,15) *Xi

X2i=0,65*0,02*(0,78+0,15) *X1

X22i=0,15*0,01*(0,78+0,15) *Xi

0,1 - доля не окислившегося карбида в циклоне

0,02 - доля не окислившегося карбида в огарке

0,01 - доля не окислившегося карбида в рукаве

Получим:

Хк211=0,019*Xi

X2i=0,012*X!

Х221=0,001*Х!

Решение:

X1-0,019*Xi-0,012*X1-0,001*X1=166,67

0,968*Х1=166,67

Ху=172Л8 (без оксидов и связующих компонентов)

5.1.2Расчет потоков:

Поток Хк2ц равен:

Хи„=3, 202

Найдем количества веществ в этом потоке:

Xk2ii(WC): 0,2*0,78*0,1*172,18=2,686

ХииСТЮ): 0,2*0,15*0,1*172,18=0,516

Поток X2i равен:

Х2] =2,082

Найдем количества веществ в этом потоке:

X2i(WC): 0,65*0,02*0,78*172,18=1,746 X2i(TiC): 0,65*0,02*0,15*172,18=0,336

Поток X22i равен:

X22i(WC): 0,15*0,01*0,78*172,18=0, 201

X22i(TiC): 0,15*0,01*0,15*172,18=0,039

5.1.3. Расчет циклонной пыли

Количество карбида окисляемого в циклоне в виде металлов (Со, Zn, Cu, Fe), (кг/ч): 3, 202*(0,06+0,006+0,003+0,001) /(0,78+0,15) = 0,241

Количество оксидов в циклоне без учета оксидов поступающих из шихты:

X'o22i = 0,2 *0,9*Xi=30,992

Количества оксидов, (кг/ч):

По реакции (1) WO3: 0,78*30,992*231,82/195,86=28,612

По реакции (2) ТЮ2: 0,15*30,992*79,88/59,84=6, 206

По реакции (3) СоО: (0,06*(30,992+0,241)) *74,93/58,93=2,383

По реакции (4) ZnO: (0,06*(30,992+0,241)) *81,39/65,39=0,233

По реакции (5) Си2О: (0,06*(30,992+0,241)) *143,1/2*63,55=0,105

По реакции (6) Fe2O3: (0,06*(30,992+0,241)) *231,55/2*55,85=0,065

Суммарное количество оксидов, (кг/ч): 37,604

Таблица 6. Количество оксидов в циклоне без учета оксидов поступающих из шихты.

	W03	ТЮ2	СоО	ZnO	Cu2O	Fe203	всего
кг/ч	28,612	6, 206	2,383	0,233	0,105	0,065	37,604
%	76,088	16,504	6,337	0,620	0,279	0,173	100

Итоговое количество оксида в шихте:

Хо2ц=37,604+0,2*Хо2ц

0,8*Х211=37,604

Xo2i 1=47,005 кг/ч

Количество оксида приходящее из шихты в циклон:

0,2*Xo2i 1=9,401 кг/ч

Состав и количество приходящих в циклон оксидов их шихты, (кг/ч):

WO3: 9,401*0,761=7,154

ТЮ2: 9,401*0,165=1,551

СоО: 9,401*0,063=0,592

ZnO: 9,401*0,006=0,056

Cu20: 9,401*0,003=0,028

Fe2O3: 9,401*0,003=0,019

Итоговое суммарное состав и количество оксидов, (кг/ч):

WO3: 7,154 + 28,612=35,766

ТЮ2: 1,551+6, 206=7,757

СоО: 0,592+2,383=2,975

Си20: 0,028+0,105=0,133

ZnO: 0,056+0,233=0,289

Fe2O3: 0,019+0,065=0,084

5.1.4. Количество связующих веществ в исходной шихте

Количество WC в шихте, (кг/ч): 166,67*0,76+1,746+2,686+0, 201=134,636 Количество ТЮ в шихте, (кг/ч): 166,67*0,15+0,516+0,336+0,039=25,531 Количество шихты без связующих веществ, (кг/ч): 166,67+47,005+0,24+2,082,3, 202=219, 199

Количество связующих веществ 219, 199*(14%+6%) /80%:

Н2О: 219, 199*0,14/0,8=38,360 кг/ч Хшо=3 8,360 кг/ч

Бентонита: 219, 199*0,06/0,8=16,440кг/ч Распределение бентонита, (кг/ч):

огарок: 16,440*0,65=10,686

пыль циклона: 16,440*0, 20=3,288

пыль рукавного фильтра: 16,440*0,15=2,466 Хбент. =16,440 - 3,288=13,152

Таблица 7. Состав шихты поступающей на обжиг.

WC	ТЮ	Со	Zn	Си	Fe	W03	ТЮ2	СоО	ZnO	Си2О	Fe2O3	Н2О	бенг	всего
кг/ч 134,636% 49, 202	25,531 9,330	10,000 3,654	1,000 0,365	0,500 0,183	ОД 67 0,061	35,766 13,071	7,757 2,835	2,975 1,087	0,289 0,106	0,133 0,049	0,084 0,031	38,360 14,019	16,440 6,008	273,638 100,000

5.2. Окисление карбидов 5.2.1. Окисление WC:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 134,636*0,65=87,513

пыль циклона: 134,636*0, 20=26,927

пыль рукавного фильтра: 134,636*0,15=20, 195

Основная реакция: WC + 2.5О? = WCb + ССЬ

М=195,86 М=16 М=231,82 М=44,01 (г/моль)

1) в огарке окислится: 26,927*0,9= 85,763 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 85,763*2,5*2*16/195,86=17,515

Образуется веществ, (кг/ч):

С02: 85,763*44,01/195,86=19,272

WO3: 85,763*231,82/195,86=101,509

Оксида WO3 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,761=23,251

Суммарное количество WOs, (кг/ч): 124,76

2) в циклоне окислится: 26,927*0,9=24,234 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 24,334 * 2,5*2*1,6/195,86 = 4,949 Образуется веществ, (кг/ч): СО2: 24,334*44,01/195,86=5,445

WO3: 28,612

Оксида WO3 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,2*0,761=7,154

Суммарное количество WO3, (кг/ч): 35,76

3) в рукаве окислится: 20, 195*0,99=19,993 кг/ч

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 19,993*2,5*2*16/195,86=4,083

Образуется веществ, (кг/ч):

СО2: 19,993*44,01/195,86=4,492

W03: 19,993*231,82/195,86=23,664

Оксида WO3 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,761=5,366

Суммарное количество WO3, (кг/ч): 29,03

5.2.2. Окисление TiC:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 25,531*0,65=16,595

пыль циклона: 25,531*0, 20=5,106

пыль рукавного фильтра: 25,531*0,15=3,830

Основная реакция: TiC + 2OZ = TIP? + СО?

M=59,84 M=16 М=79,88 М=44,01 (г/моль)

1) в огарке окислится: 16,595* 0,98=10,787 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 10,787*2*2* 16/59,84=5,768 кг/ч

Образуется веществ, (кг/ч):

ТЮ2: 10,787*79,88/59,84=14,399

СО2: 10,787*44,01/59,84=7,933

Оксида ТЮ2 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,165=5,042

Суммарное количество ТЮ2, (кг/ч): 12,975

2) в циклоне окислится: 5,106*0,9 =3,319 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 3,319*2*2*16/59,84=1,331

Образуется веществ, (кг/ч):

СО2: 3,319*44,01/59,84=2,441

ТЮ2: 6, 206

Оксида ТЮ2 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0, 20*0,165=1,551

Суммарное количество ТЮ2, (кг/ч): 12,975

3) в рукаве окислится: 3,830*0,99=2,498 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 2,489*2*2*16/59,84=1,331

Образуется веществ, (кг/ч):

ТЮ2: 2,489*79,88/59,84=3,322

С02: 2,489*44,01/59,84=1,831

Оксида ТЮ2 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,165=1,163

Суммарное количество ТЮ2, (кг/ч): 4,485

5.2.3. Окисление Со:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 10*0,65=6,5

пыль циклона: 10*0,2=2,0

пыль рукавного фильтра: 10*0,15=1,5

Реакции: а) Со + 0.5От= СоО

М=58,93 М=16 М=74,93 (г/моль)

б) 2СоО + 0.5О7 = CozCb М=74,93 М=16 М=165,86 (г/моль)

Весь СоО оседает в циклоне, а Со2Оз образуется в огарке и пыли рукавного фильтра. СоО приходящий с исходной шихтой (оборотный) окисляется до Со2Оз нацело.

1) в огарке окислится: 6,5кг/ч По реакции (а):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 6,5* 16/58,93=1,765 Образуется веществ, (кг/ч):

Считаем, что СоО из шихты образуется 100% -98%=2%: 6,5* 2%=0,13

Из этого СоО по реакции (б) не будет доокисляться: 0,13*74,94/58,93=0,165

СоО: 6,5*74,93/58,93=8,265

По реакции (б):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 8,965*16/165,86=0,865 Образуется веществ, (кг/ч):

СогО3: (8,265-0,165) * 165; 86/2*7,493=8; 965

Оксида СоО в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,063=1,934 Со203: 1,934*165,86/2*7,493=2,140 Суммарное количество Со2Оз, (кг/ч): 11,105

2) в огарке окислится: 2,0 кг/ч

В циклоне окисление идет до СоО.

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 2,0*16/58,93=0,543

Образуется веществ, (кг/ч):

СоО: 2,383

Оксида СоО в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0, 20*0,0,063=0,592

Суммарное количество СоО, (кг/ч): 2,975

3) в рукаве окислится: 1,5 кг/ч По реакции (а):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 1,5*16/58,93=0,407 Образуется веществ, (кг/ч):

Считаем, что СоО из шихты образуется 100% -99%=1%: 1,5* 1%=0,015

Из этого СоО по реакции (б) не будет доокисляться: 0,015*74,94/58,93=0,019

СоО: 1,5*74,93/58,93=1,907

По реакции (б):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: (1,907 - 0,019) * 16/165,86=0,182

Образуется веществ, (кг/ч):

Со2О3: (1,907-0,019) * 165,86/2*74,93=2,091

Оксида СоО в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,063=0,444

Со203: 0,444*165,86/2*74,93=0,492

Суммарное количество Со2Оз, (кг/ч): 2,583

5.2.4. Окисление Zn:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 1,0*0,65=0,65

пыль циклона: 1,0*0, 20=0, 20

пыль рукавного фильтра: 1,0*0,15=0,15

Основная реакция: Zn + 0,50? = ZnO

М=65,39 М=16 М=81,39 (г/моль)

1) в огарке окислится: 0,65 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,65*16/65,39=0,159 Образуется веществ, (кг/ч):

ZnO: 0,65*81,39/65,39=0,809

Оксида ZnO в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,006=0,188 Суммарное количество ZnO, (кг/ч): 0,997

2) в циклоне окислится: 0,2 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 0,2*16/65,39=0,049 Образуется веществ, (кг/ч):

ZnO: 0,233

Оксида ZnO в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0, 20*0,006=0,056 Суммарное количество ZnO, (кг/ч): 0,289

3) в рукаве окислится: 0,15кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 0,15*16/65,39=0,037 Образуется веществ, (кг/ч):

ZnO: 0,15*81,39/65,39=0,187

Оксида ZnO в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,006=0,043 Суммарное количество ZnO, (кг/ч): 0,230

5.2.5. Окисление Си:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 0,5*0,65=0,325

пыль циклона: 0,5 *0, 20=0,1

пыль рукавного фильтра: 0,5*0,15=0,075

Реакции: а) 2Си + 0.5О2 = СшО

М=63,552 М=16 М=143,1 (г/моль)

По реакции (а): Расходуется кислорода, (кг/ч): О2: 0,325*16/63,552*2=0,041 Образуется веществ, (кг/ч): Си2О: 0,325*143,1/63,55*2=0,366

Оксида Си2О в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,003=0,086

Из исходной шихты Си2О окисляется до СиО нацело. Из окислившегося Си2О по реакциям не будет окисляться до СиО 100% -98%=2%: 0,366*2%=0,007кг/ч Отношение распределения образования оксидов: Cu20/CuO = 2/1 0,366*0,98=0,359 кг/ч следовательно образуется: Си2О=0,244 кг/ч и 0,122 кг/ч идет на доокисление до СиО Суммарное количество Си2О, (кг/ч): 0,007+0,244=0,251

По реакции (б):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,232*1/4*32/79,56=0,023

Образуется веществ, (кг/ч):

СиО: (0,122+0,086) *79,55/143,1* 1/2=0,232

2) в циклоне окислится: 0,1 кг/ч

Будем считать, что реакция идет до образования Си2О.

Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 0,1*16/2*63,55=0,013

Образуется веществ, (кг/ч):

Си20: =0,105

Оксида Си2О в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0, 20*0,003=0,028

Суммарное количество Си2О, (кг/ч): 0,133

3) в рукаве окислится: 0,075кг/ч По реакции (а):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,075*169/2*63,55=0,009 Образуется веществ, (кг/ч):

Си2О: 0,075*143,1/63,55*2=0,084

Оксида Си2О в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,003=0,002

Из исходной шихты Си2О окисляется до СиО нацело. Из окислившегося Си2О по реакциям

не будет окисляться до СиО 100% -99%=2%: 0,084*1%=0,001кг/ч

Отношение распределения образования оксидов: Cu20/CuO = 2/1

0,084*0,99=0,083 кг/ч следовательно образуется:

Си2О=0,056 кг/ч и 0,028 кг/ч идет на доокисление до СиО

Суммарное количество Си2О, (кг/ч): 0,001+0,056=0,057

По реакции (б):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,053*1/4*32/79,55=0,005

Образуется веществ, (кг/ч):

СиО: (0,028+0,133*0,15) *79,55=0,005

5.2.6. Окисление Ге:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 0,167*0,65=0,108

пыль циклона: 0,167*0,2=0,033

пыль рукавного фильтра: 0,167*0,15=0,025

Реакции: a) Fe + 0.50? = FeO

М=55,85 М=16 М=71,85 (г/моль)

1) в огарке окислится: 0,108 кг/ч

Отношение распределения образования оксидов: РеаОз/ FeO =3/1=0,081/0,027

По реакции (а):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,027*16/55,85=0,008

Образуется веществ, (кг/ч):

FeO: 0,027*71,85/55,85=0,035

По реакции (б):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 0,081*1,5*32/55,85*2=0,04

Образуется веществ, (кг/ч):

FeiOs: 0,081*159,7/2*55,85=0,116

Оксида FeiOs в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,002=0,065

Суммарное количество Ре2Оз, (кг/ч): 0,181

2) в циклоне окислится: 0,033кг/ч

В циклоне окисление идет до РеаОз.

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,033*1,5*32/55,85*2=0,014

Образуется веществ, (кг/ч):

РегОз =0,065

Оксида Ре2Оз в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0, 20*0,002=0,019

Суммарное количество Ре2Оз, (кг/ч): 0,084

1) в огарке окислится: 0,025 кг/ч

Отношение распределения образования оксидов: РезОз/ FeO =3/1=0,019/0,006

По реакции (а):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,006*16/55,85=0,002

Образуется веществ, (кг/ч):

FeO: 0,006*71,85/55,85=0,008

По реакции (б):

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 0,019*1,5*32/55,85*2=0,008

Образуется веществ, (кг/ч):

FeiOs: 0,019*159,7/2*55,85=0,027

Оксида Ре2Оз в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,002=0,013

Суммарное количество Ре2Оз, (кг/ч): 0,04

5.2.7. Теоретическое количество воздуха

Суммарное количество кислорода, (кг/ч): 35,03 + 9,939 + 11,563 + 3,55 + 2,662 + 1,765 + 0,865 + 0,543 + 0,407 + 0,182 + 0,159 + 0,049 + 0,037+0,023+0,013+0,009+0,005+0,003+ 0,008+ 0,014+0,002+0,008=75,043

Теоретический расход воздуха (из расчета. Оа - 23% по массе)

75,043*0,23=326,274 кг/ч

Количество азота: 326,274 - 75,043= 251,231 кг/ч

Количество влаги, вносимое с воздухом при Т=20°С и относительной влажности 80%

(содержание влаги "0,012 кг. на 1кг. сухого воздуха):

326,274* 0,012 = 3,915 кг/ч

Теоретический расход влажного воздуха (кг/ч)

326,274 + 3,915 = 330,189 кг/ч.

Таблица 8. Состав огарка.

Со203

11,105

6,793

	WC	ТЮ		Со	Zn	Си	Fe	WO3	ТЮ2	СоО	ZnO	Си2О	Fe203	H20	Бент. всего
кг/ч	1,746	0,336		0	0	0	0	124,760	12,975	0,165	0,997	0,251	0,181	0	10,686 163,469
%	1,068	0, 206		0	0	0	0	76,320	7,937	0,101	0,610	0,154	0,111	0	6,537 100,000
СиО FeO
0,232 0,035
0,142 0,021

Таблица 9. Состав циклонной пыли.

	WC	TiC	Со	Zn	Си	Fe	WO3	ТЮ2	СоО	ZnO	Си2О	Fe2O3	Н2О	Бент.	всего
кг/ч	2,686	0,516	0	0	0	0	35,766	7,757	2,925	0,289	0,133	0,084	0	3,288	53,444
%	5,026	0,965	0	0	0	0	66,922	14,514	5,473	0,541	0,249	0,157	0	6,152	100,000

Таблица 10. Состав пыли рукавного фильтра.

Со2ОЗ

2,583

6,587

	WC		TiC		Со	Zn	Си	Fe	WO3	ТЮ2	СоО	ZnO	Си2О	Fe2O3	H2O	Бент.	всего
кг/ч	0, 201		0,039		0	0	0	0	29,030	4,485	0,019	0,230	0,057	0,040	0	2,466	39,211
%	0,513		0,099		0	0	0	0	74,035	11,438	0,048	0,587	0,145	0,102	0	6,289	100,000
СиО		FeO
0,053		0,008
0,135		0,020

Таблица 11. Состав газов.

N2 кг/ч 251,231	Н2О 42,275	СО2 41,414	всего 334,920
% 75,012	12,622	12,365	100,000

Таблица 12. Материальный баланс обжига.

Г	Приход		Об	разуется
Вещество	кг/ч	%	Вещество	кг/ч	%
WC	134,636	22,366	WC	4,633	0,786
TiC	25,531	4,241	TiC	0,891	0,151

Со	10,000	1,661
Zn	1,000	0,166	WO3	189,556	32,172
Си	0,500	0,083	ТЮ2	25,217	4,280
Fe	0,167	0,028	СоО	3,109	0,528
			Со203	13,688	2,323
W03	35,766	5,941	ZnO	1,516	0,257
ТЮ2	7,757	1,289	Си20	0,441	0,075
СоО	2,975	0,494	СиО	0,285	0,048
ZnO	0,289	0,048	Fe203	0,305	0,052
Си2О	0,133	0,022	FeO	0,043	0,007
Fe203	0,084	0,014
			бент	16,440	2,790
бент	16,440	2,731
H20	40,424	6,715	H20	40,424	6,861
			N2	251,231	42,640
02	75,043	12,466	C02	41,414	7,029
N2	251,231	41,734
Всего	601,976	100	Всего	589, 193	100
		Нее пр	язка от ихода	12,783	2,124

тшо: 3,036*МШо/201,38=0,270

тшо: 0,594*МШо/165,54=0,065

тшо: 0,178*МШо/165,54=0,019 Остаток воды: 547,236-21,251=525,985 кг.

Количество NH3 пошедшее на реакции, (кг/ч):

тотв: 201,227*2*MNH3 (17) 7303,3=22,557

тшз: 0,520* 6*МШЗ /211,93=0,250

тшз: 34,980*12* Мню /211,93=33,670

ткш: 3,036* 6*МШЗ /201,38=1,537

тшз: 0,594*4* Мынз /165,54=0,240

6) тщз: ОД78* 4*МШЗ /165,54=0,078 Остаток NH3: 60,804-58,324=2,480 кг.

Таблица 13. Материальный баланс выщелачивания.

Приход			Образуется
Вещество WC	кг/ч 1,947	% 0,236		Вещество (NH4) 2WO4	кг/ч 201,227	% 25,084
TiC	0,375	0,046		[Co(NH3) 6] (OH) 3	35,500	4,425
WO3	153,790	18,662		[Zn (NH3) 6] (OH) 2 [Cu (NH3) 6j (OH) 2	3,036 0,774	0,378 0,096

Продолжение таблицы.

ТЮ2	17,460	2,119
СоО	0,184	0,022	WC	1,947	0,243
Со203	13,688	1,661	TiC	0,375	0,047
ZnO	1,227	0,149
Cu20	13,688	1,661	ТЮ2	17,460	2,177
CuO	0,285	0,035	Fe203	0,221	0,028
Fe2O3	0,221	0,027	FeO	0,043	0,005
FeO	0,043	0,005
			бент	13,152	1,639
бент	13,152	1,596
NH3	60,804	7,378	NH3	2,480	0,309
H20	547,236	66,404	H20	525,985	65,568
Всего	824,100	100	Всего	802,2	100
			Невязка от прихода	21,900	2,657

mCu(H20) 4ci2: (0,594+0,178) Mcu(mo) 4 012 206,44/165,54 = 0,963

mcocn: 7,756 M 7,756 Mc0ci2129,83/165,25= 6,093

Количество МНЦ С1, (кг/ч):

(165,765*2*53,5/249,85) +(7,756*6*53,5/165,28) +(3,683*6*53,5/244,28) +(0,963* 4*53,5/

206,44) =91,891

Количество поглощаемой реакциями H2O, (кг/ч):

(3,683*4*18/244,28) +(0,963*2*18/206,44) +(6,093*0,5*18/129,83) =1,676

Количество образующейся Н2О, (кг/ч):

7,756*3*18/165,765=2,527

Количество Н2О, приходящее с кислотой, (кг/ч):

Состав кислоты 19,8% НС1 80,2% Н2О

Количество требуемого НС1, (кг/ч):

(165,765*2*36,45/249,85) + (7,756 * 9 * 36,45 / 165,28) + (3,683 * 8 * 36,45/244,28) +(0,963*6*36,45/206,44) =69,177

Приходящей с кислотой Н2О, (кг/ч):

69,177*0,802/0, 198= 280, 202

Суммарное количество приходящей Н2О, (кг/ч):

280, 202+525,985=806,187

Суммарное количество уходящей Н2О, (кг/ч):

806,187+2,527-1,676=807,03 8

Таблица 14. Материальный баланс осаждения.

Приход				Образуется
Вещество	кг/ч	%	Вещество		кг/ч	%
(NH4) 2 WO4	201,227	18,033	H2W04		165,765	15,414
[Co(NH3) 6] (OH) 3	35,500	3,181	Zn(H2O) 6Cl2		3,683	0,342
[Zn (NH3) 6] (OH) 2	3,036	0,272	Си(Н2О) 4С12		0,963	0,090
[Си (NH3) 6] (OH) 2	0,774	0,069	СоС12		6,093	0,567
			NH4C1		91,891	8,545
НС1	69,177	6, 199
Н2О	806,187	72,245	Н20		807,038	75,043
Всего	1115,901	100	Всего		1075,433	100
		Невя:	ка от прихода		40,468	3,626

5.5. Блок 5. Прокалка и сушка

WOs получают термическим разложением H2WC4 при 750-800 °С

При прокалке идет следующая реакция:

H2WO4^WO3+H2O

Количество продуктов, (кг/ч):

Масса WO3 =153,79 (кг/ч)

Масса Н2О = 165,765-153,76= 11,075 (кг/ч)

Вывод: полученная нарастающая с каждой стадией невязка до 3,626% вызвана погрешностью расчетов.

6. Тепловой баланс 6.1 Зона кипящего слоя 6.1.1. Приход тепла зоны кипящего слоя