ПРОЕКТ АНОДНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ ЧЕРНОВОЙ МЕДИ. Диплом. Проект анодной печи для рафинирования
 Скачать 433 Kb.
|
1 2 2.1 Расчет и составление материального баланса.2.1.1 В печь поступает шихта состава, %: Черновая медь – 80 Анодные остатки – 18,586 Брак и скрап – 1,41 Всего – 100 Пересчет поступаемой шихты, кг: Черновая медь: 350000*80/100=280000 Анодные остатки: 350000*18,586/100=65051 Брак и скрап: 350000*1,414/100=4949 Итого: Σ = 350000 Таблица 1 – Материалы, загружаемые в печь (по данным практики):
2.1.2 Выход продуктов плавки, %: Годные аноды – 95,9047 Брак и скрап – 1,3939 Шлак – 2,1947 Пыль – 0,236 Потери – 0,2437 Всего – 100 Пересчет выхода продуктов плавки, кг: Годные аноды: 350000*95,9047/100=335666,45 Брак и скрап: 350000*1,3939/100=4878,65 Шлак: 350000*2,1947/100=7681,45 Изложницы: 350000*0,236/100=920,5 Потери: 350000*0,2437/100=852,95 Итого: Σ = 350000 Таблица 2 – Материалы, полученные после плавки:
По полученным данным составляем материальный баланс. Таблица 3 – Материальный баланс плавки:
2.2 Расчет горения природного газа. Расчеты горения складываются из определения количества воздуха, необходимого для сжигания топлива количества и состава дымовых газов и определения продуктов сгорания. Расчеты горения дополняют характеристику топлива и являются основой всех тепловых расчетов. В отражательную печь для рафинирования черновой меди поступает природный газ следующего состава, %: CH4 = 94,917; C2H6 = 1,084; CO2 = 0,127; N2 = 3,872 Расчет ведется на 100м ³ природного газа. На реакцию горения газа требуется кислорода и образуется при этом СО2 и Н2О: CH4+2O2=CO2+2H2O 1 – 2 – 1 – 2 94,917 – x1 – y1 – z1 x1=  =189,83м³y1=  =94,917 м³ z1= =189,83м³2)C2H6+3,5O2=2CO2+3H2O 1 – 3,5 – 2 – 3 1,084– x2 – y2 – z2 x2=  =3,79м³y2=  =2,17м³ z2=  =3,25м³Теоретически требуется кислорода: x1+x2=189,83+3,79=193,62м³ С учетом убытка воздуха, требуется кислорода(α=1,06): (x1+x2)*α=205,24м³ Избыток кислорода: ((x1+x2)*α)-(x1+x2)=205,24-193,62=11,62м³ С кислородом поступает азота:  = =772,09м³Необходимо воздуха:  =772,09+205,24=977,33м³; в кг=1258,31кгВ продуктах горения газа содержится: CO2=y1+y2+0,127=94,917+2,17+0,127=97,21м³; в кг=190,95кг H2O=z1+z2=193,08м³; в кг=155,15кг N2= +3,872=775,62м³; в кг=969,95кгО2изб=  =16,6кгРасчет процентной массы, %m: CO2:  H2O:  N2:  O2изб:  Расчет процентного объема, %V: CO2:  H2O:  N2:  O2изб:  Таблица 4 – Состав продуктов горения газа:
Таблица 5 – Пересчет природного газа на массу:
Таблица 6 – Материальный баланс горения природного газа:
Расход природного газа на плавку составляет 11% от массы шихты: 350*0,11=38,5т=38500кг Коэффициент пересчета составляет:  кгТаблица 7 – Материальный баланс горения природного газа на плавку:
2.3 Расчет количества воздуха на окисление черновой меди. Количество оксида меди к концу окисления составляет 11% от массы шихты, т.е : 350*0,11=38,5т=38500кг Количество кислорода в закиси меди Cu2O: 2Cu – O 144 – 16 38,5 – x x=4,278т или 4278кг В черновой меди имеется 0,4% кислорода, что составляет: 350*0,4=1,4т или 140кг Следовательно, необходимо ввести в ванну печи кислорода: 4,278-1,4=2,878т или 2013,99м³ С этим кислородом поступает азота:  м³Теоретически воздуха на окисление требуется: 2013,99+7576,44=9590,43м³ В среднем при плавке α=1,06; следовательно, практически воздуха требуется: 9590,43м³*1,06=10165,86м³ или 13113,959кг 2.4 Расчет восстановления меди. В печи имеется 38,5т закиси меди, в шлаке содержится меди 4,61т (табл.5), что в пересчете на закись меди составляет:  т или 5190кгНеобходимо восстановить закиси меди: 38500-5190=33310кг 2Cu2O+C=4Cu+CO2 288 - 12 33310 - x x=1387,92кг Восстановление производится мазутом с содержанием углерода 90%. Тогда потребность мазута составит: 1387,92*0,9=1,54т Таблица 8 – Суточный баланс материальной плавки:
2.5 Составление годового материального баланса. Коэффициент пересчета на годовой материальный баланс составит: 300000/335,65=893,78817 Таблица 9 – Годовой материальный баланс:
2.6 Расчет теплового баланса отражательной печи. При составлении теплового баланса печи учитывают все статьи прихода и расхода теплоты Приход теплоты. 1)Теплота от горения топлива: Q1=m*Q  , где:Q1 ˗ Теплота от горения топлива; м ˗ масса газа. Q1=38500*35000=1347500000кДж 2)Физическое тепло топлива: Q2=m*c*t, где: m ˗ масса газа, кг; c ˗ теплоемкость природного газа,  ;t ˗ температура подаваемого газа, ˚с.Q2=38500*1,54*20=1185800кДж 3)Тепло реакции восстановления: 2Cu2O+C=4Cu+CO2+226100кДж 12 ˗ 226100 1387,92 ˗ x x=26150726кДж 4)Тепло реакции окисления: а)4Cu+O2=2Cu2O+333062кДж 32 ˗ 333062 2878 ˗ x x=29954763,63кДж б)В черновой меди содержится железа:  тCu2O+Fe=2Cu+FeO+10000кДж 56 - 10000 95 - x x=16964,29кДж в)В черновой меди содержится никеля:  тCu2O+Ni=2Cu+NiO+80000кДж 59 ˗ 80000 638 ˗ x x=865084,75кДж г)В черновой меди содержится сурьмы:  т3Cu2O+2Sb=6Cu+Sb2O3+207000кДж 144 ˗ 207000 288 ˗ x x=414000кДж д)В черновой меди содержится мышьяка:  т3Cu2O+2As=6Cu+As2O3+130000кДж 150 ˗ 130000 137 ˗ х х=11873,33кДж е)В черновой меди содержится свинца:  Cu2O+Pb=2Cu+PbO+520000кДж 207 ˗ 520000 484 ˗ х х=1215845,41кДж ж)В черновой меди содержится висмута:  т3Cu2O+2Bi=6Cu+Bi2O3+87000кДж 418 ˗ 87000 33 ˗ х х=6868,42кДж з)В черновой меди содержится серы:  тS+O2=SO2+296900кДж 32 – 296900 412 – х х=3822587,5кДж Всего тепла окисления примесей составляет 36307987,33кДж 5)Физическое тепло мазута Q5,кДж, вычисляется по формуле: Q5=m*c*t, где: m ˗ масса мазута, кг; с ˗ теплоемкость мазута,  t ˗ температура подаваемого мазута, ˚с. Q5=1540*1,61*20=49588кДж Расход теплоты. 1)Физическое тепло шлака Q1, кДж, вычисляется по формуле: Q1=m*λ, где: m ˗ масса шлака, кг; λ ˗ теплосодержание 1кг шлака. Q1=7681,45*1254=9632538,3кДж 2)Физическое тепло меди Q2, кДж, вычисляется по формуле: Q2=man*λan, где: man ˗ масса меди, кг; λan ˗ теплосодержание 1кг меди. Q2=340154,7722*727=247292519,4кДж 3)Физическое тепло газов Q3, кДж, вычисляется по формуле: Q3=v*c*t tгазов=1200˚ CO2: 44кг ˗ 22,4м³ 98891,24 ˗ хм³ х=50344,63м³ H2O: 18кг – 22,4м³ 80350,76 ˗ хм³ х=99992,06 м³ N2: 28кг – 22,4м³ 502328,16 – х м³ х=401862,53 м³ O2: 32кг – 22,4м³ 8596,99 – хм³ х=6017,89м³ Qco2=50344,63*1200*2,2886=138262464,3кДж QH2O=99992,06*1200*1,7657=211867176,4кДж QN2=401862,53*1200*1,4065=678263578,1кДж QO2=6017,89*1200*1,5065=10879141,54кДж Q=  vi*ci*tiQ3= Qco2+QH2O+QN2+QO2=1039272361,34 4)Потери тепла во внешнюю среду. а)Тепло, уносимое через загрузочное окно Q4a, кДж, вычисляется по формуле: Q4a=4,96*(  ) *F*O*tF1=1,87 Q4a=4,96*(  ) *1,87*0,9*3*4,18=4928041,11кДжб)Через открытые окна: Q4б=4,96*( ) *F*O*tF2=0,5*0,5=0,25м²; на 2окна=0,5м² F3=0,7*0,6=0,42(шлаковое) F2+F3=0,92м² Q4б=4,96*(  ) *0,92*0,78*3*4,18=2101225,37кДжв)Через закрытые окна: Q4в=λ*  λ=0,8 S=0,19 tкл=1200 tв=40 F=6,72 Q4в=  =1577172,16кДжг)Через кладку печи. Свод: Q1=λ*  , где:λ – коэффициент теплопроводности свода,  ;t1 – температура под сводом, ˚с; t2 – температура над сводом, ˚с; S – толщина свода, м; F – площадь свода, м²; t – время работы печи, ч. Q1=1,39*  =51142353,73кДжПод: Q2=  , где:t1 – температура расплава, ˚с; t2 – температура под подом, ˚с; S1 –толщина шамотного слоя, м; S2 – толщина динасового слоя, м; S3 – толщина подовых плит, м; λ1 – коэффициент теплопроводности шамота,  ;λ2 – коэффициент теплопроводности динаса, ;λ3 –коэффициент теплопроводности чугуна, ;F – площадь пода, м² t – время работы печи, ч. Q2=  =6242151,17кДжСтенки ванны печи: Q3=  , где:t1 – температура расплава, ˚с; t2 – температура снаружи, ˚с; S – толщина стен ванны, м; λ – коэффициент теплопроводности стен, ;F – площадь пода, м²; t – время работы печи, ч. Q3=  =6752491,43кДжТаблица 10 – Тепловой баланс рафинирования черновой меди:
2.7 Расчет основного оборудования Следующий этап технологического расчета – это расчет основного оборудования и расчет пылеулавливающих аппаратов. 2.7.1 Анодная печь Производительность цеха 300000 тонн анодов в год. Количество перерабатываемой черновой меди берем из (табл.9), т.е. 250261,2 тонн. Печь находится в эксплуатации: 365-19=346(суток). Суточная производительность цеха:  =723,298 тонн.Цикл процесса 24 часа, поэтому за плавку производится 723,298 тонн. Площадь при удельной производительности 6  : =121м².Примем печь емкостью 350 тонн. Размеры печи. 1.Размеры ванн: V=  , где:П – производительность печи; j – удельный вес расплава: j=8,22  .V=  =42,58м³.В связи с тем, что после разлива на дне ванны остается шлак и другие материалы, которые навариваются на лещади и стенки ванны, объем ванны увеличиваем на 1%, т.е. до 43,01м³. Ширину ванны принимаем 3,34м; глубину ванны 1,2м. Общая длина ванны:  =10,73м.2.Высота газового пространства: высота порога от зеркала ванн – 0,13м; высота окна загрузки – 1,55м; высота стрелы прогиба свода – 0,38м. 3.Высота от лещади до свода: nобщ=0,13+1,55+0,38+1,2=3,26м Fстен=(4*3,26)+(2*3,26*12,26)=92,97м². Таблица 11 – Параметры печи:
2.7.2 Выбор котла – утилизатора. Тепло отходящих газов используется для нагрева паровых котлов в случаях: – когда дымовые газы на выходе из печи имеют высокую температуру; – когда дымовые газы содержат значительное количество пыли, которая быстро засоряет подогревательные устройства (рекуператоры, регенераторы). Для того, чтобы определить тип котла–утилизатора, необходимо рассчитать его производительность. Расчет ведем на основании уравнения теплового баланса работы котла Q, кДж. Q=V*(Cвх*tвх-Cвых*tвых)-D*(iпара-iводы), где: V – секундный объем газов,  ;Свх – теплоемкость газов на входе в котел,  ;tвх – температура газов на входе в котел, ˚с; Cвых – теплоемкость газов на выходе из котла, ;tвых – температура газов на выходе из котла, ˚с; D – парапроизводительность котла,  ;iпара – теплосодержание полученного пара,  ; iводы – теплосодержание питающей воды, .Прежде всего определим секундный объем газов. Для этого определяем массу газов за час, а затем за секунду:  =7,07 .Найдем удельную теплоемкость газов на входе в котел при температуре газов 1200˚с. При этой температуре удельные теплоемкости газовых составляющих: Свх=%ССО2+%СH2O+%CN2+%CO2изб., где % берем из табл.6: Свх=  =1,576 .Таким же образом рассчитываем удельную теплоемкость газовых составляющих на выходе из котла при температуре 300˚с : Свых=  =1,417 .Рассчитаем количество передаваемого от газов тепла по формуле: Q=V*(Cвх*tвх-Свых*tвых)-D*(iпара-iводы), подставив в левую часть числовые значения: Q=7,07*(1,576*1200-1,417*300)=10365,3кДж Принимаем к получению в котле насыщенный пар при давлении 10атм., при этом iпара=2769 , tпара=180˚с, температуру питающей котел воды примем равной 15˚с.Теплосодержание воды при этой температуре iводы=62,85 .Рассчитать парапроизводительность котла – утилизатора можно преобразовав формулу Q=V*(Cвх*tвх-Свых*tвых)-D*(iпара-iводы) и поставив числовые значения: D=  ,D=  =3,83 или 13,79 .Парапроизводительность котла 13,79 , принимаем котел – утилизатор типа ТОП–40.Использование котла – утилизатора позволяет получать вторичный энергоресурс – пар, который используется на промышленные, хозяйственные и бытовые нужды предприятия. 3 Охрана труда Система управления безопасностью жизнедеятельности на предприятии представляет собой регламентированную нормативно-техническими документами совокупность взаимосвязанных организациооных, технических, санитарно-гигиенических и социально-экономических мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность трудящихся в процессе труда. На сегодняшний момент на ОАО”Уралэлектромедь существует Стандарт предприятия СТП 0318-006-97, в котором изложены основные элементы безопасности жизнедеятельности, обязательные для исполнения всеми подразделениями предприятия. На предприятии осуществляется контроль за состоянием охраны труда, включающий: трёхступенчатый контроль, целевые проверки, комплексные проверки и общественный контроль за охраной труда. Администрация ежегодно выделяет на охрану труда необходимые средства ( фонд охраны труда ) в объёмах, определяемых коллективным договором ( ст.17 “Основ законодательства РФ об охране труда” ). 3.1 Пожарная безопасность На анодном переделе используются несгораемые материалы (лом и отходы меди, анодные остатки, кварцит), трудно сгораемые листовой асбест, в качестве изолятора на сгораемых конструкциях, сгораемые (газ, мазут). В целом медеплавильный цех относится к пожароопасной категории Г согласно СН463 –74, как производство, связанное с применением негорючих (несгораемых) веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр или пламени; твердых, жидких или газообразных веществ, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива. Возможными причинами возникновения пожаров могут быть нарушения технологического режима, неисправность электрооборудования (короткое замыкание), несоблюдение графика плановых ремонтов, износ футировки и теплоизолирующих материалов, искры или электро и газосварочных работах, несоблюдение правил совместного хранения веществ и материалов. ГОСТ12.1.004 – 91 “Пожарная безопасность. Общие требования.” определяет способы и средства предотвращения и тушения пожаров следующим образом: предотвращение пожара должно достигаться предотвращением образования горючей среды и предотвращения образования в горючей среде (или внесение в нее) источников зажигания. Среди прочих способов предотвращения пожара на анодном переделе обеспечиваются: изоляция горючей среды и среды повышенной температуры, поддержание безопасной концентрации среды в соответствии с нормами, наличие в конструкциях быстродействующих средств защитного отключения возможных источников зажигания, молнезащита зданий, сооружений и оборудования. Так как металлургический цех в целом относится к пожароопасной категории Г , то противопожарная защита осуществляется применением средств пожаротушения (огнетушители), размещенными согласно СН 463-74 на 200 м2 площади помещения приходится огнетушитель ОХП – 10 и огнетушитель ОУ – 10. На данную площадь здания предусмотрена установка трех пожарных кранов. Проектом предусмотрено организация своевременного оповещения и эвакуации людей, с применением строительных материалов и конструкций с огнестойкостью не менее необходимого времени для спасения людей при пожаре и расчетного времени тушения пожара. 3.2 Электробезопасность Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий из средств обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Медеплавильный цех по опасности поражения электрическим током относится к категории с повышенной опасностью. Для питания электрооборудования используются сети переменного напряжением 220 и 380В. Для защиты от поражения электрическим током при работе с ручным электроинструментом, переносными светильниками применяют пониженные питания электроустановок 42В. Основными мерами защиты от поражения током являются: обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения; электрическое разделение сети; устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и др. частях оборудования, что достигается применением малых напряжений, использованием двойной изоляции, выравниванием потенциала, защитным заземлением с сопротивлением не более 4 Ом, защитным отключением согласно ГОСТ12.1.030 – 81. 3.3 Защита от шума Борьба с шумом наиболее рациональна посредствам уменьшения его в источнике. Применяемые в отделении средства уменьшения шумов механического и аэродинамического происхождения у их источников – это своевременный ремонт неисправностей механизмов, широкое применение принудительного смазывания трущихся поверхностей в сочленениях, применение в вентиляторах лопаток оптимального сопротивления воздуху и газам, создание оптимальной пульсации давления рабочей среды в аэродинамических процессах. Уровень шума на анодном переделе в целом соответствует требованиям ГОСТ12.1.003 – 83 и ГОСТ12.1.036 – 81. В качестве средств индивидуальной защиты могут применяться ушные вкладыши (беруши). 3.4 Защита от вибраций При монтаже во время реконструкции оборудования учитываются требования ГОСТ12.1.012 – 90 “Вибробезопасность”. Компрессоры, насосы, вентиляторы установлены на амортизаторы (резиновые, металлические, комбинированные). В качестве средств индивидуальной защиты работающих используют обувь на массивной подошве, а так же применяются виброзащитные перчатки. В среднем по отделению рабочие находятся в зонах вибрации не более 10% рабочего дня. Регламентация времени нахождения рабочего в местах сильной вибрации является действенной мерой охраны труда. Уровень вибрации, воздействующий на работающих, вполне отвечает нормам вибрации по ГОСТ12.1.012 – 90. 3.5 Защита от тепловых и электромагнитных излучений В пирометаллургических производствах, где условия рабочей зоны характеризуются повышенными температурами, действуют нормы интенсивности теплового излучения. Основной метод защиты – экранирование. Экраны применяют как для экранирования источников излучения, так и для экранирования рабочего места от лучистой энергии. По принципу действия экраны подразделяют на: теплопоглощающие, теплоотражающие и теплоотводящие. Средствами индивидуальной защиты служат спецодежда, спецобувь, защитные очки, щитки (защищают от брызг и струй металла и шлака). Для улучшения условий труда применяют естественную и искусственную вентиляции, местную вентиляцию, рациональную организацию режима труда и отдыха, устройство специальных комнат отдыха. Источниками электромагнитных полей промышленной частоты являются линии электропередачи напряжением 1150кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные, соединительные шины и др. электроустановки. Для анодного отделения значения напряженности электромагнитных полей не являются специфическими показателями условий производства и лежат в пределах установленных ГОСТ12.1.006 – 84. 4 Охрана окружающей среды Предприятие ОАО”Уралэлектромедь” расположено на севере города Верхняя Пышма Свердловской области, относящейся к I-В климатическому району, согласно СНиП 2.01.01-82. Проект санитарно-защитной зоны предпрития разработан институтом “Унипромедь” в 1972 году ( арх.№ 44819 ) в соответствии с СН 245-71,согласован со всеми заинтересованными организациями и утверждён Минцветметом РФ.Радиус санитарно-защитной зоны принят для производства цветных металлов в колличестве более 2 000 т / год, что соответствует II-му классу производства, и составляет 500 метров. Жилая зона раскинулась на юг, запад и восток города.В В-Пышме преобладает северный ветер со средней скоростью 5 м/с в холодный период и 4 м/с - в тёплый период, который уносит выбросы, содержащие вредные вещества, не загрязняя при этом жилую зону. 5 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНАГражданская оборона является частью системы мероприятий, проводимых в мирное время для защиты населения и народного хозяйства от оружия массового поражения и других средств нападения противника, а также для проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ. Гражданская оборона организуется таким образом, чтобы практическое осуществление её мероприятий было возможно во всех необходимых случаях немедленно и в полном объеме в соответствии с обстановкой. Работы по ликвидации производственных аварий и стихийных бедствий характеризуется большим разнообразием по виду, характеру и масштабу выполнения. Для их выполнения необходимы специальная подготовка привлекаемых подразделений и формирований, их оснащение соответствующим машинам, механизмам, оборудованием, которые требуются для условий стихийного бедствия или производственной аварии. Спасательные и другие неотложные работы в очагах поражения включают в себя: - разведку очага поражения; - локализацию и тушение пожаров, спасение людей из горящих зданий; - розыск и вскрытие заваленных защитных сооружений, розыск и извлечение из завалов пострадавших; - оказание первой медицинской помощи пострадавшим и их эвакуация; - санитарная обработка людей, обеззараживание транспорта, технических систем, зданий, сооружений и промышленных объектов; - неотложные аварийно-восстановительные работы на промышленных объектах. По данным разведки определяют объём работ, устанавливают очерёдность их выполнения, уточняют способы ведения спасательных и аварийных работ, разрабатывают план ликвидации последствий чрезвычайного происшествия. Для проведения спасательных работ планируются проведение ряда неотложных мероприятий, а именно: - локализация аварий на сетях коммунально-энергетических систем, восстановления отдельных поврежденных участков энергетических и водопроводных сетей и сооружений; - устройство проездов в завалах и загрязненных участках, оборудование временных путей движения транспорта; - укрепление или обрушение зданий и сооружений, препятствующих безопасному проведению спасательных работ. В качестве спасательных сил используется обученные спасательные формирования и подразделения из числа работников промышленного объекта (подразделений гражданской обороны объекта). В качестве технических средств используют как объективную технику (бульдозеры, экскаваторы со сменным оборудованием, автомобили самосвалы, автогрейдеры, моторные и прицепные катки, пневматический инструмент и т.п.), так и специальную технику, имеющуюся в распоряжении спасательных формирований. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Корешков Г.В. Методические разработки расчетов технических процессов в металлургии меди – Свердловск. Полиграфист, 1977. 2 Диомидовский Д.А. и др. Расчеты пиропроцессов и печей в цветной металлургии – М.: Металлургиздат, 1963 (1977). 3 Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. – М.:Металлургия, 1977. 1 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
