冶金厂设计 第3章

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1、 第三章冶金过程衡算 1 冶金过程衡算的目的和内容 白钨精矿水HCl球磨酸分解过滤湿钨酸酸母液烘干过筛处理后排放工业钨酸 冶金过程衡算定义 根据冶金工艺过程中的各个工序的物理和化学变化的基本原理 用数学分析的方法定量研究工艺过程中的物质的量的变化 一 目的 1 确定生产过程中各个工序的物料处理量 中间产物 产品量及三废排放量 2 确定原辅材料 燃料 水 电等的消耗量 3 为生产过程设备的选型 设计 台数及辅助工程的确定提供论据 4 为能量的提供和利用提供依据 5 为运输设备的选择提供计算依据 二 冶金过程衡算内容1 物料的合理成分计算确定物料中各种化学形态物质的百分数 如铜精矿的合理组成 根据

2、含Cu S Pb Zn含量计算 黄铜矿CuFeS2 辉铜矿Cu2S孔雀石Cu2 OH 2CO3 PbS ZnS FeS2等2 配料计算以特定的工艺出发 根据过程发生的化学反应及生产实际要求 计算处理一定量的原料所需要的其它试剂的量 3 冶金过程有价成分平衡计算4 冶金过程物料平衡计算5 冶金过程能量平衡计算 6 电解过程电压平衡计算 2 冶金过程有价成分计算和物料平衡计算几个基本概念有价成分 是指原料中的主要金属 物料 指生产过程中所使用和产出的每一种物质 如 精矿 熔剂 燃料 水 空气 中间产品 废水 废气 废渣 最终产品 副产品等 有价成分衡算 计算主要金属在整个生产过程中的分配和流动情况

3、 物料衡算 计算全部物料在整个生产过程中的分配和流动 一 有价成分衡算和物料衡算的基本原则理论基础 质量守衡总原则 收支平衡 G入 G产 G损 G入 所有进料质量之和 G产 所有产物质量之和 G损 损失物料量二 有价成分衡算和物料衡算的基本步骤 一 收集数据1 画出详细的工艺流程图2 确定工艺过程的技术条件如 温度 压力 分解率 脱硫率 炉渣成分 过剩系数 液固比等 3 各工序有价成分的损失率可返回损失率 本工序损失了 但可在其它工序进行回收 不可返回损失率 本工序损失了 再也不能回收 如 机械损失 飞扬损失 随废水 废渣 废气带走的损失 4 原料 各种中间产品 产品的化学成分 物相特征 5

4、设计工厂的原料处理量或产品产量 二 确定计算方法 三 选择计算基准质量基准 如 100Kg金属量 或原料量 时间基准 以一天的金属量或物料量 计算精确度为1 四 进行有价成分和物料衡算 五 列出平衡表 六 根据平衡表 对流程进行分析 三 有价成分衡算和物料衡算流程简图和衡算式 以反应器为计算体系 AB RC BP RP以分离器为计算体系 RP BP P V W RC以整个系统为计算体系 AB P W V 四 有价成分衡算和物料衡算技术指标的确定有价成分的回收率Qn n序的处理量 按物料中的有价成分数量计算 Pn n工序的产量Xn n工序的不可回收损失量Rn n工序的可返回损失量xn n工序的不

5、可返回损失率 xn Xn Qn 100 rn n工序的可返回损失率 rn Rn Qn 100 1 工序的直接回收率 n n Pn Qn 100 或 n 1 xn rn2 n工序的总回收率 n n Pn P返 Qn 100 或 n 1 xn3 生产过程直接回收率 P最终产品 Q原料 100 当工艺过程没有返料时 1 2 n4 生产过程总回收率 P产 P副 Q原料 100 没有副产品时 有副产品时 五 有价成分衡算和物料衡算的方法1 工艺过程有没有返料2 所给原始数据是产品产量还是原料处理量 一 工艺过程有没有返料 1 已知Pn 从下向上算 n 1 xnQn Pn nXn QnxnPn 1 Qn

6、Qn n工序 xn Pn Qn 1 n 1 工序 2 已知Qn 从上向下算 n 1 xnPn Qn nXn QnxnQn 1 Pn Q1 I x1 II x2 III x3 r4 x4 r3 IV P0 二 有返料 但返料都是由流程的后面往前返1 已知产品P0 由下向上算工序 4 1 x4 r4Q4 P0 4 P0 1 x4 r4 R4 Q4r4 X4 Q4x4 工序 3 100 x3 r3P3 Q4Q3 P3 3 Q4 1 x3 r3 R3 Q3r3 X3 Q3x3工序 2 1 x2P2 Q3 R4Q2 P2 2 Q3 R4 2X2 Q2x2R2 0工序 1 1 x1 P1 Q2 R3Q1

7、P1 1 Q2 R3 1 x1 R1 0 X1 Q1x1 2 已知物料处理量Q1假设产量为100kg 进行有价金属平衡计算 推算出工序1的物料处理量Q1 计算换算系数 K Q1 Q1 计算各工序参数 Qn KQn Pn KPn Xn Kxn Rn KRn 三 有返料 但有的从后向前返 有的从前向后返Q3 P2 P5 R4 六 列出金属平衡表七 根据平衡表 对流程进行分析从金属平衡表可看出 1 整个流程中金属是平衡的最终产品金属量 损失金属量 进入流程的原料的金属量如书中P39表3 3100 8 73 108 73 产品量 不可返回损失 原料中金属量 2 可计算整个流程的直接回收率 100 10

8、8 74 100 91 95 3 根据原料中金属量可算出所需的精矿量物料平衡计算在金属平衡计算基础上进行 根据物料平衡表可知 1 进入各工序的各种物料和工序产出的各种物料2 每个工序物料是平衡的3 根据进入工序的物料处理量 可选择或进行设备的设计 物料平衡总图 P41 图3 7 年产5万吨电解铜的铜电解车间设计 电解回收率99 8 电铜品位99 98 残极率15 作业 已知P0 计算过程金属平衡 求过程直接回收率和总回收率 无副产品 Q原料 I II III IV P0 x1 x2 x3 x4 r2 r3 工序直收率 x r 198202980 51 53961349910 计算以下工艺流程中

9、转炉工序的直收率及回收率 反射炉工序的直收率及回收率 冶金过程能量平衡计算一 冶金过程能量平衡计算的目的和要求1 用以确定外加能量 或需导走的能量 从而确燃料和电能的消耗量 及进行加热器或散热器的设计 2 余热利用和研究节能的可能途径二 冶金过程能量平衡计算的原则理论基础 能量守衡定理原则 热收入 热支出先进行物料平衡计算 再进行能量平衡计算 三 能量平衡计算的步骤1 确定计算体系2 确定过程进行的各种工艺条件如 温度 压力 升温保温制度 加热方式3 准确的过程物料衡算数据4 确定过程中各物料之间发生的化学反应5 确定过程所使用的主体设备形状 尺寸 材料和炉方式6 选定能量衡算的基准温度7 计

10、算热收入和热支出 列出能量守衡方程式 使 Q收入 Q支出8 列出能量平衡表 进行分析 四 能量平衡计算的内容和能量平衡方程式的建立 一 计算内容1 热收入 Q收1 过程参加反应物料的放热反应热效应Q反应 放 Gi 参加反应物料i的质量Kg HiT 参加反应物料的摩尔反应热效应 kJ mol Mi 参加反应物料i的摩尔质量 g mol 2 外加热 Q外燃料燃烧 Q外 GJ kJ G 燃料的质量 kg J 燃料的燃烧热 kJ kg 电炉供热 Q外 3600P0 KJ P0 炉子正常工作的实际功率 KW 炉子作业时间 小时 3600 换算系数 1KW 3600kJ 小时3 进入反应设备的各种物料的物

11、理显热Q显热 GCt进炉温度 kJ Gi 物料的质量 Kg C 物料的比热 kJ Kg 4 预热空气的物理显热Q显热 VCt温度 kJ V 预热空气的体积 Kg C 预热空气的比热 kJ Kg 2 能量支出 Q支出1 过程参加反应物料的吸热反应热Q反应 吸 2 各种反应生成物 包括产品 炉渣 烟尘 烟气 水分蒸发等 带走的热量 Q产物3 烟气带走的热量Q烟4 水分蒸发热 5 炉料由进炉温度加热到反应温度所需热量6 设备由室温加热到反应温度所需热量7 设备向周围散失的热量 二 建立能量守衡方程式 Q反应 反应温度t2 物料初始状态进料温度t1 反应温度下的产物 00C下产物 00C Q反应 2 以00C为基准Q外 Q反应 放 Q显热 Q反应 吸 Q产物 Q设备 Q散热收入热支出 4 5 6 1 以反应温度为基准Q外 Q反应 放 Q炉料 Q反应 吸 Q设备 Q散热收入热支出 五 冶金过程节能措施分析1 预热炉料2 强化燃料燃烧过程3 减少热损失4 充分利用精矿本身的热能和烟气