沸腾炉设计指导书.doc

桂林理工大学南宁分校课程设计指导书（沸腾焙烧炉）冶金教研室编第一章 概述一、冶金技术专业课程设计目的： 冶金技术专业课程设计是专业基础课、专业课教学的一个重要的实践性教学环节。它是培养有色冶金专业学生理论联系实际，初步树立正确设计思想的重要措施，其目的是：1 使学生初步学会综合运用有关基础理论知识和专业知识，以解决具体工程技术问题，培养学生的初步设计能力；2 熟悉查阅、运用设计资料，了解有关的国家标准、规范；3 在进行冶金计算的基础上，依据工厂生产的实践经验，创造性地进行主体设备及附属设备的选择计算。以求掌握冶金专业设计的一般方法和步骤，为毕业设计打好基础。二、冶金技术专业课程设计内容：（一）冶金计算： 包括物料平衡计算和热平衡计算两部分。要求按统一编号编制物相组成表、物料平衡表和热平衡表。（二）主体设备及其附属设备的选择计算： 包括技术操作条件及技术经济指标、主要尺寸的选择计算，并对主要技术条件、经济指标和主要尺寸进行简单论证分析。（三）编写设计说明书、绘制图纸：1设计说明书的编写：要求附有目录、参考资料，其中的图表一律要统一编号，标题要醒目。字迹要清楚、端正。 编写的格式为：（1） 封面（2） 课程设计任务书（3） 目录（4） 课程设计专题概述(课程设计目的、意义，该领域的发展概况及自己设计的合理性等)（5） 课程设计计算内容包括冶金计算及数据选择论证（包括相应图表）、设备计算及数据选择论证（包括相应图表）和主体设备设计图。2图纸要求：设计图纸是设计工作的重要成果，它的表达方式应当是严谨的、公认的，亦即是应该符合通用的和专业的制图规范，并能准确表达设计意图。此外，还应做到图面简洁清晰、布置均匀整齐、线条粗细分明、说明通顺确切、字体端正美观。绘图时应注意：（1） 主体设备选用1#图纸0#图纸（8411189）沿长边对裁即可绘制；（2） 图纸应按制图规范留出相应的图边、装订边；（3） 标题栏必须在图纸的右下角，其格式如机械制图要求；（4） 图纸上的图形应占图纸幅度的75%左右；（5） 凡施工中应注意事项及特殊要求，均可用“附注”在图纸上注明。第二章 硫化锌精矿的物相成分计算一、原始成分： 1化学成分：（%）：ZnPbCuFeSCdMgOCaOSiO2其他56.811.250.214.0431.950.170.240.561.553.22100.0 2矿物的赋存形态： Zn Pb Cu Cd Fe ZnS PbS CuFeS2 CdS CuFeS2;FeS2;Fe7S8 MgO CaO SiO2 其他 MgCO3 CaCO3 SiO2 其他 二、计算过程： （以100Kg干精矿作计算基础）： 1ZnS的量： Zn：100Kg 56.81%=56.81 Kg S: 56.81 Kg =56.81 Kg32.0765.39 =27.86 Kg ZnS: 56.81 Kg+27.86 Kg=84.67 Kg 2PbS： Pb：100Kg 1.25 %=1.25 Kg S：1.25 Kg =1.25 Kg32.07207.2 =0.19 Kg PbS：1.25 Kg+0.19 Kg=1.44Kg 3CuFeS2 ： Cu：100Kg 0.21 %=0.21 Kg Fe：0.21 Kgu =0.21 Kg55.8563.55 =0.18 Kg S：0.21Kgu =0.21 Kg232.0763.55 =0.21 Kg CuFeS2 ：0.21 Kg+0.18Kg+0.21 Kg =0.60Kg 4CdS ： Cd ：100Kg 0.17 %=0.17 Kg S：0.17Kg =0.17 Kg32.07112.41 =0.05Kg CdS ：0.17Kg+0.05 Kg =0.22Kg 5FeS2和Fe7S8 ： 余下的铁量为：4.04Kg - 0.18Kg =3.86Kg ； 余下的硫量为：31.95Kg - （27.86 +0.19+0.21+0.05） =3.64Kg 。 设如下的铁、硫全部以FeS2和Fe7S8 形态存在，又，设FeS2为x Kg ，Fe7S8为y Kg ，则有： x +y = 7.50 -(1) + = 3.86 - -(2) + = 3.64 -(3) 解之，则可得： FeS2 ：4.83Kg 其中 ：Fe ：2.25Kg ，S：2.58Kg Fe7S8 ：2.67Kg 其中 ：Fe ：1.61Kg ，S：1.06Kg 6MgCO3 ： MgO ：100Kg 0.24 %=0.24 Kg CO2 ：0.24Kg0.24 =0.24Kg（12.01+216.00)/（24.31+16.00) =0.24Kg MgCO3 ：0.24Kg+0.26Kg =0.50Kg 7CaCO3 ： CaO ：100Kg 0.56 %=0.56 Kg CO2 ：0.56Kg=0.56 =0.56Kg（12.01+216.00)/（40.08+16.00) =0.44Kg CaCO3 ：0.56Kg+0.44Kg =1.00Kg 8其他： 其他：3.22Kg （0.26+0.44）Kg =2.52Kg 将以上计算结果汇编成表：表11硫化锌干精矿的物相成分表 表11物相成分化 学 成 分 ZnPbCuCdFeSMgOCaOSiO2CO2其他ZnS56.8127.8684.67PbS1.250.191.44CuFeS20.210.180.210.60CdS0.170.050.22FeS22.252.584.83Fe7S81.611.062.67MgCO30.240.260.50CaCO30.560.441.00SiO21.551.55其他2.522.52小计56.811.250.210.174.0431.950.240.561.550.702.52100.0第三章 硫化锌精矿部分酸化沸腾焙烧计算一、硫化锌精矿的原始成分：1.化学成分：（%）：ZnPbCuFeSCdMgOCaOSiO2其他56.811.250.214.0431.950.170.240.561.553.22100.0 2.矿物的赋存形态： Zn Pb Cu Cd Fe ZnS PbS CuFeS2 CdS CuFeS2;FeS2;Fe7S8 MgO CaO SiO2 其他 MgCO3 CaCO3 SiO2 其他二、硫化锌精矿的物相成分：前面已经计算，此处直接引用其结果。硫化锌干精矿的物相成分表 表11 物相成分化 学 成 分 ZnPbCuCdFeSMgOCaOSiO2CO2其他ZnS56.8127.8684.67PbS1.250.191.44CuFeS20.210.180.210.60CdS0.170.050.22FeS22.252.584.83Fe7S81.611.062.67MgCO30.240.260.50CaCO30.560.441.00SiO21.551.55其他2.522.52小计56.811.250.210.174.0431.950.240.561.550.702.52100.0 三、有关计算的一些假设： 1有关指标： 焙烧过程中：锌金属的直接回收率为99.5%； 脱铅率为50%； 脱镉率为60%； 砷、锑挥发率为65%； 空气消耗系数为1.25。 2焙烧过程中，锌及其他金属氧化物有约45%进入烟尘。 3焙烧产出的烟尘中，以硫酸盐形态存在的硫占总硫的2.14%，以硫化物形态存在的硫占总硫的0.5%，并全部与锌结合；氧化铅全部与二氧化硅结合为PbOSiO2 ；Fe2O3中，有1/3与ZnO结合成ZnOFe2O3 ；其余的金属均以氧化物存在。 4焙烧产出的焙砂中，以硫酸盐形态存在的硫占总硫的1.10%，以硫化物形态存在的硫占总硫的0.3%，并全部与锌结合；氧化铅全部与二氧化硅结合为PbOSiO2 ；Fe2O3中，有40%与ZnO结合成ZnOFe2O3 ；其余的金属均以氧化物存在。四、计算过程：（以100Kg干精矿作计算基础）（一）烟尘产出率及其化学和物相成分的计算： 设烟尘产出量为 x Kg 1各化学成分的计算： Zn：56.81 Kg45%=25.5645 Kg Cd：0.17Kg 60%=0.1020 Kg Pb：1.25Kg 50%=0.6250 Kg Cu：0.21Kg 45 %=0.0945 Kg Fe：4.04 Kg45 %=1.8180 Kg MgO：0.24Kg 45%=0.1080 Kg CaO：0.56 Kg 45%=0.2520 Kg SiO2：1.55Kg 45%=0.6975 Kg SS ：x Kg0.5%=0.005 x Kg SSO4 ：x Kg2.14%=0.0214 x Kg 其他：2.52Kg 45 %=1.1340 Kg 2烟尘中的物相成分计算： （1）ZnS的量： S：0.005 x Kg Zn：0.005 x KgMZn/MS =0.005 x Kg65.3932.07 = 0.0102 x Kg ZnS：0.005 xKg +0.01020 x Kg =0.0152 x Kg （2）ZnSO4的量： S：0.0214 x Kg Zn：0.0214 x KgMZn/MS =0.0214 x Kg65.3932.07 = 0.0436 x Kg O：0.0214 x Kg4MO/MS =0.0214 x Kg416.0032.07 = 0.0427 x Kg ZnSO4：0.0214 x Kg+0.0436 x Kg+0.0427 x Kg =0.1077 x Kg （3）ZnOFe2O3的量： 烟尘中的Fe2O3的量为：1.8180 Kg（3MO+2MFe）/2MFe =2.600 Kg 其中：O为1.8180 Kg3MO/2MFe =0.7812 Kg 则，与锌结合的Fe2O3的量为： 2.600 Kg1/3=0.8670 Kg 其中，O为0.7812 Kg1/3=0.2604 Kg ZnOFe2O3中ZnO的量为： ZnO=0.8670 Kg（MO+MZn）/（3MO+2MFe） =0.4446Kg 其中，锌为0.3572Kg，氧为0.0874Kg ZnOFe2O3的量：0.8670 Kg+0.4446 Kg =1.3116 Kg （4）余下的Fe2O3的量： 2.600 Kg 0.8670 Kg=1.7330 Kg 其中，Fe：1.8180 Kg2/3=1.2120 Kg O ：0.7812 Kg2/3=0.5208 Kg （5）余下的ZnO的量： 余下的ZnO中： Zn：25.5645 （0.0102 x +0.0436 x +0.3572） =25.2073 0.0538x Kg O ：（25.2073 0.0538x）KgMO/MZn =6.1679 0.0132x Kg ZnO：25.20730.0538x+6.16790.0132x =31.37520.0670x Kg （6）CdO： Cd：0.1020 Kg O：0.1020 KgMO/MCd =0.0145 Kg CdO：0.1020 Kg + 0.0145 Kg=0.1165 Kg （7）CuO： Cu：0.0945 Kg O：0.0945 KgMO/MCu =0.0238 Kg CuO：0.0945 Kg + 0.0238 Kg=0.1183 Kg （8）PbOSiO2 ： Pb：0.6250 Kg O：0.6250 KgMO/MPb =0.0483 Kg SiO2 ：0.6250 Kg（2MO+ MSi ）/MPb =0.1812 Kg PbOSiO2 ：0.6250 Kg+ 0.0483 Kg+ 0.1812 Kg =0.8545 Kg （9）余下的SiO2 ： 0.6975 Kg 0.1812 Kg =0.5163 Kg （10）CaO： CaO：0.2520 Kg （11）MgO： MgO：0.1080 Kg （12）其他： 其他：1.1340 Kg 由以上的计算结果，根据物料平衡关系，可知： x = （0.0152 x +0.1077 x + 1.3116+1.7330 +31.37520.0670x +0.1165+ +0.1183+0.8545+0.5163+0.2520+0.1080+1.1340) 解之，可得x= 39.740 Kg 。 由以上的计算结果，即可求出： 1.ZnS的量： S：0.199 Kg Zn： 0.405 Kg ZnS：0.604 Kg 2.ZnSO4的量： S：0.850 Kg Zn：1.733 Kg O：1.697Kg ZnSO4：4.280 Kg 3.余下的ZnO的量： 余下的ZnO中： Zn：23.069 Kg O ：5.643 Kg ZnO：28.712 Kg 将以上的计算结果汇编成表：表12烟尘物相成分表 表12 物相组成化 学 成 分ZnPbCuCdFeSCaOMgOSiO2O其他ZnO23.0695.64328.712ZnOFe2O30.3570.6070.3481.312ZnS0.4050.1990.604ZnSO41.7330.8501.6974.280PbOSiO20.6250.1810.0480.854CuO0.0940.0240.118CdO0.1020.0140.116Fe2O31.2120.5211.733CaO0.2520.252MgO0.1080.108SiO20.5160.516其他1.1341.134小计25.5640.6250.0940.1021.8181.0490.2520.1080.6978.2951.13439.740 %64.331.570.240.264.572.640.630.271.7520.872.8599.98（二）焙砂产出率及其化学和物相成分的计算： 设焙砂产出量为 y Kg 1各化学成分的计算： Zn：56.81 Kg55%=31.246 Kg Cd：0.17Kg 40%=0.068 Kg Pb：1.25Kg 50%=0.625 Kg Cu：0.21Kg 55 %=0.116 Kg Fe：4.04 Kg55%=2.222 Kg MgO：0.24Kg 55%=0.132 Kg CaO：0.56 Kg 55%=0.308 Kg SiO2：1.55Kg 55%=0.852 Kg SS ：y Kg0.3%=0.003y Kg SSO4 ：y Kg1.10%=0.0110y Kg 其他：2.52Kg 55%=1.386 Kg 2焙砂中的物相成分计算： （1）ZnS的量： S：0.003y Kg Zn：0.003y KgMZn/MS =0.003y Kg65.3932.07 = 0.0061y Kg ZnS：0.003yKg +0.0061 Kg =0.0091y Kg （2）ZnSO4的量： S：0.011y Kg Zn：0.011y KgMZn/MS =0.011y Kg65.3932.07 = 0.0224y Kg O：0.011y Kg4MO/MS =0.011y Kg416.0032.07 = 0.0220y Kg ZnSO4：0.011y Kg+0.0224y Kg+0.0220y Kg =0.0554y Kg （3）ZnOFe2O3的量： 焙砂中的Fe2O3的量为：2.2220 Kg（3MO+2MFe）/2MFe =3.1770 Kg 其中：O为2.2220 Kg3MO/2MFe =0.955 Kg 则，与锌结合的Fe2O3的量为： 3.177 Kg40% =1.271 Kg 其中，O为0.955 Kg40% =0.382 Kg ZnOFe2O3中ZnO的量为： ZnO=1.271 Kg（MO+MZn）/（3MO+2MFe） =0.647Kg 其中，锌为0.520Kg，氧为0.127Kg ZnOFe2O3的量：1.271 Kg+0.647 Kg =1.918 Kg （4）余下的Fe2O3的量： 3.177 Kg 1.271 Kg=1.906 Kg 其中，Fe：1.333 Kg O ：0.573 Kg （5）余下的ZnO的量： 余下的ZnO中： Zn：31.246 （0.0061y +0.0224y +0.520） =30.726 0.0285y Kg O ：（30.726 0.0285y）KgMO/MZn =7.518 0.0070y Kg ZnO：（30.726 0.0285y）+（7.518 0.0070y） =38.2440.0355y Kg （6）CdO： Cd：0.068 Kg O：0.068 KgMO/MCd =0.010 Kg CdO：0.068 Kg + 0.010 Kg=0.078 Kg （7）CuO： Cu：0.116 Kg O：0.116 KgMO/MCu =0.029 Kg CuO：0.116 Kg + 0.029 Kg=0.145 Kg （8）PbOSiO2 ： Pb：0.625 Kg O：0.625 KgMO/MPb =0.048 Kg SiO2 ：0.625 Kg（2MO+ MSi ）/MPb =0.181 Kg PbOSiO2 ：0.625 Kg+ 0.048 Kg+ 0.181 Kg =0.854 Kg （9）余下的SiO2 ： 0.852 Kg 0.181 Kg =0.671 Kg （10）CaO： CaO：0.308 Kg （11）MgO： MgO：0.132 Kg （12）其他： 其他：1.386 Kg由以上的计算结果，根据物料平衡关系，可知： y =（0.0091y+0.0554y+1.918+1.906+38.2440.0355y+0.078+0.145+0.854 +0.671+0.308+0.132+1.386）解之，可得y= 47.005 Kg 。由以上的计算结果，即可求出： ZnS的量： S：0.141 Kg Zn： 0.287 Kg ZnS：0.428 Kg ZnSO4的量： S：0.517 Kg Zn：1.053 Kg O：1.034 Kg ZnSO4：2.604 Kg 余下的ZnO的量： 余下的ZnO中： Zn：29.386 Kg O ：7.189 Kg ZnO：36.575 Kg 将以上的计算结果汇编成表：表13焙砂的物相成分表 表13 物相组成化 学 成 分ZnPbCuCdFeSCaOMgOSiO2O其他ZnO29.3867.18936.575ZnOFe2O30.5200.8990.5091.918ZnS0.2870.1410.428ZnSO41.0530.5171.0342.604PbOSiO20.6250.1810.0480.854CuO0.1160.0290.145CdO0.0680.0100.078Fe2O31.3330.5731.906CaO0.3080.308MgO0.1320.132SiO20.6710.671其他1.3861.386小计31.2460.6250.1160.0682.2220.6580.3080.1320.8529.3921.38647.005%66.471.330.250.144.731.400.660.281.8119.982.95100.0四、烟气成分与烟气量的计算： 1精矿中的硫被氧化而进入烟气所需要的氧量计算： （1）精矿中的硫量为：31.95 Kg （2）焙砂中的硫量为：0.199 Kg+0.850 Kg+0.141 Kg+0.517 Kg =1.707 Kg （3）被氧化进入气相中的硫为：31.95 Kg 1.707 Kg =30.243 Kg （4）假若有95%的硫被氧化成SO2 ，5%的硫被氧化成SO3 ，则： 被氧化成SO2的硫量为：30.243 Kg95%=28.731 Kg 被氧化成SO3的硫量为：30.243 Kg5%=1.512 Kg （5）氧化成SO2需氧量： 28.731 Kg2MO/ MS =28.731 Kg216.0032.07 =28.668 Kg （6）氧化成SO2需氧量： 1.512 Kg3MO/ MS =1.512 Kg316.0032.07 =2.263 Kg 2焙烧矿中，氧化物和硫酸盐的含氧量为： 8.295 Kg+9.392 Kg=17.687 Kg 3精矿焙烧总耗氧量为： 28.668 Kg+2.263 Kg+17.687 Kg=48.618 Kg 4理论消耗空气量： 空气中，N2的重量百分比为77%，体积百分比为79% ；O2的重量百分比为23%，体积百分比为21% 。因此，理论消耗空气量为： 48.618 Kg23 % =211.383 Kg 其中，含N2： 211.383 Kg77%=162.765 Kg 含O2： 211.383 Kg23%=48.618 Kg 5实际消耗空气量： 酸化焙烧的空气消耗系数一般为n=1.2 1.3,现取1.25,则，实际消耗空气量为： 211.383 Kg1.25=264.229 Kg 体积为： 264.229 Kg1.293 Kg/NM3 =204.353 NM3 其中，含N2： 264.229Kg77%=203.456 Kg 体积为：204.353 M3 79%=161.439 M3 含O2： 264.229 Kg23%=60.773 Kg 体积为：204.353M3 21%=42.914 M3 6烟气量及其组成： 假设精矿含水为9%（一般为69%），则每100 Kg干精矿中的水量为100 Kg9（1009） = 9.890 Kg 。又，假设空气的平均温度为24，相对湿度为70%，则每M3干空气含水量为：24.410-3Kg/ M370%=17.110-3Kg/ M3 。 （1）烟气中的水量： 9.890 Kg+204.353 M3 17.110-3Kg/ M3 =13.384 Kg 体积为：13.384 Kg22.4 M3/Kmol18.02 Kg/ Kmol =16.637 M3 （2）烟气中的SO2量： 28.731 Kg（2MO+ MS ）/ MS =28.731 Kg（216.00+32.07）32.07 =57.399 Kg 体积为：57.399Kg22.4 M3/Kmol64.07 Kg/ Kmol =20.068M3 （3）烟气中的SO3量： 1.512 Kg（3MO+ MS ）/ MS =1.512 Kg（316.00+32.07）32.07 =3.775 Kg 体积为：3.775 Kg22.4 M3/Kmol80.07 Kg/ Kmol =1.056 M3 （4）烟气中的N2量： 264.229 Kg77%=203.456 Kg 体积为：204.353 M3 79%=161.439 M3 （5）烟气中的O2量： 60.773 Kg（1.251）=15.193 Kg 体积为：42.914 M3 （1.251）=10.728 M3 将以上计算结果汇编成表：见表1-5 硫酸化沸腾焙烧烟气成分表 表1-5成 分 N2 O2 H2O SO2 SO3 质量（Kg）203.45615.19313.38457.3993.775293.207体积（M3）161.43910.72816.63720.0681.056209.928体积百分数（%）76.905.107.929.560.5099.98五、沸腾焙烧的热平衡计算：1热收入部分：（1）精矿带入热Q1：设精矿的入炉温度为40，精矿的比热为0.85KJ/Kg，则：Q1=0.85KJ/Kg100 Kg40=3400 KJ（2）精矿中水份带入热Q2：水的比热为：4.187KJ/Kg，精矿带入水9.890 Kg，则：Q2=4.187KJ/Kg9.890 Kg40=1656. KJ（3） 空气带入热Q3：设车间平均气温为24，其比热是1.0KJ/NM3,焙烧所需空气量为：204.340 NM3 ，则：Q3=1.0KJ/NM3204.340 NM324= 4904KJ（4） ZnS氧化放热Q4： ZnS + O2 = ZnO + SO2 +452.2KJ/mol-ZnSQ4=452.2KJ/mol(23.069+0.357+29.386+0.520) Kg97.4 Kg/Kmol =452.2KJ/mol815.5 mol=368757 KJ（5） ZnS酸化放热Q5：ZnS + 2O2 = ZnSO4 + 774.2KJ/mol- ZnSO4 Q5=774.2 KJ/mol(3.027+4.082) Kg161.4Kg/Kmol=774.2KJ/mol44.0 mol= 34100KJ（6） ZnOFe2O3生成热Q6：ZnO + Fe2O3 = ZnOFe2O3 +114.2 KJ/mol-ZnOQ6=114.2 KJ/mol(0.445+0.647) Kg81.4Kg/Kmo=114.2KJ/mol13.42 mol= 1532KJ（7）FeS2氧化放热Q7：4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3307.9KJ/mol- FeS2Q7=3307.9KJ4.83 Kg4119.8Kg/Kmol =33341 KJ （8）Fe7S8氧化放热和CuFeS2氧化放热Q8：Fe7S8=7FeS + S2 (1)2CuFeS2= 2FeS +Cu2S + S2 (2)由Fe7S8分解产出的FeS为:2