2. Розрахунок матеріального балансу виробництва керамзиту

Питома витрата сирцю (сланцю):

G_с= , т/м³

і=(⍴₁/⍴₂)·(1-(ВПП/100))

де ⍴₁=1920 кг/м³; ⍴₂=450 кг/м³

і=(1920/450)·(1-(8.3/100))=3.92

G_с= =0.58 (т/м³), або =1.277 кг/кг керамзиту.

Питома витрата сухого сирцю (глини):

G_c^c=G_c·(100-W)/100, кг/кг

G_c^c=1.277·0.94=1.201 (кг/кг)

Вихід фізичної вологи з сировини:

G^ф_H2O= G_c- G_c^c, кг/кг

G^ф_H2O=1.277-1.201=0.076 (кг/кг), або V_H2O= G_H2O/⍴_H2O=0.076/0.805=0.0944 (нм³/кг)

Вихід хімічно зв’язаної води:

G^х_H2O =0,0035·Al₂O₃· G_c^c, кг/кг

G^х_H2O =0,0035·18· 1.201=0.0756 (кг/кг), або V_H2O= G_H2O/⍴_H2O=0.0756/0.805=0.094 (нм³/кг)

Загальна кількість випаленої вологи:

G_H2O= G^ф_H2O+ G^х_H2O, кг/кг

G_H2O=0.076+0.0756=0.1516 (кг/кг), або V_H2O= G_H2O/⍴_H2O=0.1516/0.805=0.188 (нм³/кг)

Вихід СО₂ з СаСО₃ і MgCO₃, які містяться в сланці:

G_CaCO3=CaO·100/56, %

G_CaCO3=2.2·100/56=3.93 (%)

кількість СО₂ з СаСО₃:

G_CO2=1.119·2/56=0.04 (кг)

Кількість MgCO₃, які містяться в сланці:

G_MgCO3=MgO·84.32/40.32, %

G_MgCO3=3.5·84.32/40.32=7.32 (%)

кількість СО₂ в MgCO₃:

G^І_CO2=1.119·3.5·84.32/(100·40.32)=0.082 (кг)

Загальний вихід СО₂:

СО₂=G_CaCO3·-G_CO2+G_MgCO3- G_MgO

СО₂=3.93-2+7.32-3.5=5.75 (%), або G_CO2=G_C·СО₂/100=1.119·5.75/100=0.0643 (кг/кг), або

V_CO2=G_CO2/⍴_CO2=0.0643/1.977=0.0325 (нм³/кг).

3. Тепловий баланс теплового агрегата

Статті надходження теплоти:

• Надходження теплоти в результаті згоряння палива:

Q_н=Q_н^р·х^Т=39273·х^Т (кДж/кг)

• Фізична теплота палива:

Q^ф_п=С_пал·t_пал·х^Т, кДж/кг

Q^ф_п=2.04·140·х^Т=285.6·х^Т (кДж/кг)

• Фізична теплота повітря (t=15° C, α=1.6):

Q^ф_пов=V_пов·t_пав·c_пав ·х^Т, кДж/кг

Q^ф_пов= 10.29·1.04·1.6·15·х^Т =256.8·х^Т (кДж/кг)

• Фізична теплота матеріалу:

Q^ф_с= Q^с_с·t_м·c_м, кДж/кг

Q^ф_с=1.201·1.08·10=12.97 (кДж/кг)

• Загальне надходження теплоти:

∑Q_п=Q_н+Q^ф_п+ Q^ф_пов+ Q^ф_с, кДж/кг

∑Q_п=39273·х^Т+285.6·х^Т+256.8·х^Т+12.09=39815.4·х^Т+12.09 (кДж/кг)

Витратні статті теплового балансу.

Розрахунок теплового ефекту керамзитоутворення:

• Витрата теплоти на нагрів сировини до 450° С:

Q¹_в=G^с_с·с·(t-t_i), кДж/кг

Q¹_в=1.201·1.006·440=531.6 (кДж/кг)

• Витрата теплоти на дегідратацію сировини:

Q²_в=G^х_H2O·6704, кДж/кг

Q²_в=0.0756·6704=506.8 (кДж/кг)

• Витрата теплоти на нагрів дегідратованого сланцю від 450 до 900° С:

Q³_в=( G^с_с-G^х_H2O)·c·(t₂-t₁), кДж/кг

Q³_в=(1.201-0.0756)·1.09·450=552 (кДж/кг)

• Витрата теплоти на декарбонізацію СаСО₃ і MgCO₃, які містяться в сланці:

Q⁴_в=1659.2·СаСО₃+817·MgCO₃, кДж/кг

Q⁴_в=1659.2·(1.201·2/56)+817·(3.5·84.32/(100·40.32))=131 (кДж/кг)

• Витрата теплоти на нагрів декарбонізованої сировини від 900 до 1190° С:

Q⁵_в=( G^с_с-G^х_H2O- G_CO2)·c·(t₂-t₁), кДж/кг

Q⁵_в=(1.201-0.0756-0.04)·1.17·290=368.3 (кДж/кг)

• Витрата теплоти на нагрівання рідкої фази при 900-1190° С:

Q⁶_в=168 (кДж/кг)

• Загальні витрати теплоти:

∑Q_в=Q¹_в+Q²_в+Q³_в+Q⁴_в+Q⁵_в+Q⁶_в, кДж/кг

∑Q_в=531.6+506.8+552+131+368.3+168=2257.7 (кДж/кг)

Надходження теплоти:

• Надходження теплоти в результаті утворення сполук заліза:

Q¹_н=0.0304·Fe₂O₃·109, кДж/кг

Q¹_н=0.0304·4.2·109=13.9 (кДж/кг)

• Надходження теплоти в результаті утворення алюмосилікатів:

Q²_н=0.0217·Al₂O₃·302, кДж/кг

Q²_н=0.0217·12.8·302=83.8 (кДж/кг)

• Прихід теплоти в результаті охолодження керамзиту від 1190° С до 90° С:

Q³_н=G·c·(t₂-t₁), кДж/кг

Q³_н=1·0.86·1100=946 (кДж/кг)

• Надходження теплоти в результаті охолодження СО₂ сировини від 900° С до 90°С:

Q⁴_н= V_CO2·c·(t₂-t₁), кДж/кг

Q⁴_н=0.0325·2.48·810=65.4 (кДж/кг)

• Надходження теплоти в результаті охолодження хімічно зв’язаної води:

Q⁵_н=0.00874·1.56·360=48.0 (кДж/кг)

• Загальне надходження теплоти:

∑ Q_н=Q¹_н+Q²_н+Q³_н+Q⁴_н+Q⁵_н, кДж/кг

∑ Q_н=13.9+83.8+946+65.4+48.0=1157.1 (кДж/кг)

Тепловий ефект керамзитоутворення:

Q_к.у.=∑Q_в-∑ Q_н, кДж/кг

Q_к.у.=2257.7-1157.1=1100.6 (кДж/кг)

Розрахунок витрат теплоти в навколишнє середовище за формулою:

Q_довк=

де t₁ і t₂ – відповідно температура газового середовища і повітря довкілля, f – питома поверхня теплопередачі f=π·D·L/G, де D і L – діаметр і довжина печі, G – продуктивність печі, кг/год, α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від газового середовища до футеровки печі, α₂ – коефіцієнт теплопередачі від футеровки печі в довкілля, λ – коефіцієнт теплопровідності шамотної цегли (футеровки), δ – товщина шамотної футеровки.

За достатньою точністю втрати в довкілля можна прийняти рівним 19 %, від загальних втрат теплоти ефекту керамзитоутворення.

Q_в=2257.7 (кДж/кг)

Q_довк=0,19·2257.7=428.9 (кДж/кг)

Витрати тепла в холодильнику приймаємо рівними 23 %. від втрат теплоти корпусом печі, що становить:

428.9·0.23=98.7 (кДж/кг)

Загальні витрати теплоти в довкілля:

428.9+98.7=527.6 (кДж/кг)

Загальний баланс обертової печі з холодильником:

• Витрати теплоти на випаровування вологи з сировини:

Q_H2O=G^ф_H2O·2501, кДж/кг

Q_H2O=0.076·2501=155.9 (кДж/кг)

• Тепловий ефект керамзитоутворення:

Q_к.у.=1100.6 (кДж/кг)

• Втрати тепла з вихідними газами (t_в.г.=260° С):

Q_в.г.=((V^п_CO2·С_CO2+V^п_Н2О·С_Н2О+V^п_N2·С_N2+V_o·(α-1)·C_пов)·х^п·t_в.г.)+(V^с_Н2О·С_Н2О+V^с_CO2·С_CO2)·t_в.г., кДж/кг

Q_в.г.=((1.574·1.789+1.450·1.525+9.481·1.299+10.29·0.4·1.243)·х^п·260_.)+(0.48·1.525+0.0325·1.789)·260=5839.4·х^п+205.4 (кДж/кг)

• Втрати теплоти з керамзитом на виході з холодильника:

Q_к=G_к·с_к·t_к, кДж/кг

Q_к=1·0.78·80=62.34 (кДж/кг)

• Втрати теплоти в довкілля:

Q_довк=428.9 (кДж/кг)

• Втрата теплоти з повітрям, що викидається в атмосферу з холодильника:

Q_атм=G^с_пов+0.45·с·t, кДж/кг

Q_атм=16.67·х^п+0.45·1.02·80=36.72+69.55·х^п (кДж/кг)

• Загальні втрати теплоти:

∑Q_в=Q_H2O+Q_к.у.+Q_в.г.+Q_к+Q_довк+Q_атм, кДж/кг

∑Q_в=155.9+1100.6+5839.4·х^п+205.4+62.34+428.9+36.72+69.55·х^п=1989.9+5908.9·х^п (кДж/кг)

∑Q_в=∑Q_п

1989.9+5908.9·х^п=39815.4·х^п+12.09

1989.9-12.09=39815.4·х^п-5908.9·х^п

1977.8=33906.5·х^п

х^п=0.0583 (кг/кг), або це складає 58.3 кг на 1 т керамзиту, або 58.3/2=29.15 на 1 м³ керамзиту.

Витрата мазуту становить 29.15 на 1 м³ керамзиту.