(物料管理)物料平衡与热平衡
《物料平衡和热平衡》课件
硝酸制备过程的物料和热平衡案例
讨论硝酸制备过程中物料平衡和热平衡的实际 案例,包括计算方法和相关工程应用。
结论
1 物料平衡和热平衡对工程用的重要意义
总结物料平衡和热平衡在工程设计和优化中的关键作用和重要性。
2 未来研究方向
探讨物料平衡和热平衡领域的未来研究方向,以及可能的创新点和应用领域。
《物料平衡和热平衡》 PPT课件
通过本课件,我们将深入探讨物料平衡和热平衡在工程中的重要性以及计算 方法。让我们一起开始这个有趣而富有挑战性的主题吧!
引言
研究对象
分析和衡量物料平衡和热平衡在工程中的应用和作用。
目的和意义
探讨物料平衡和热平衡对于工程设计和过程优化的重要性。
物料平衡
概念和假设
介绍物料平衡的定义以及在计算中所需要的假 设条件。
物料平衡计算方法
讨论不同的物料平衡计算方法,包括操作前后 物料总量差异法、原材料平衡法和方程式法。
热平衡
概念和假设
解释热平衡的定义以及在计算中所做的假设条 件。
热平衡计算方法
介绍热平衡的计算方法,包括热量平衡方程、 外传热量计算方法和蒸汽平衡法。
应用Hale Waihona Puke 例乙烯制备过程的物料平衡案例
展示乙烯制备过程中物料平衡的具体案例,以 及相关计算方法和结果分析。
炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算
* *炼钢过程的物料均衡与热均衡计算炼钢过程的物料均衡与热均衡计算是成立在物质与能量守恒的基础上。
其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项,为改良操作工艺制度,确立合理的设计参数和提升炼钢技术经济指标供给某些定量依照。
应该指出,因为炼钢系复杂的高温物理化学过程,加上测试手段有限,当前尚难以做到精准取值和计算。
只管这样,它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。
本章主要联合实例论述氧气顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料均衡和热均衡计算的基本步骤和方法,同时列出一些供计算用的原始参照数据。
1.1物料均衡计算(1 )计算所需原始数据。
基来源始数占有:冶炼钢种及其成分(表 1 );金属料—铁水和废钢的成分(表 1);终点钢水成分(表 1 );造渣用溶剂及炉衬等原资料的成分(表2);脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率(表3);其余工艺参数(表4).表 1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量 /%C Si Mn P S类型钢种 H15Mn 设定值①0.180.250.55≤0.045≤0.050铁水设定值 4.200.400.450.120.060废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值②0.10印迹0.180.0200.021①本计算设定的冶炼钢种为H15Mn。
* *② [C] 和 [Si] 按实质生产状况选用;[Mn] 、[P] 和 [S] 分别按铁水中相应成分含量的30% 、10% 和 60% 留在钢水中设定。
表 2原资料成分成分含量 %CaO SiO 2MgO Al 2 O3Fe2 O 3CaF 2P2O5S CO 2H 2O C挥发灰分分类型石灰88.00 2.50 2.60 1.500.500.100.06 4.640.10萤石0.30 5.500.60 1.60 1.5088.000.900.10 1.50生白云石36.400.8025.60 1.0036.20炉衬 1.20 3.0078.80 1.40 1.6014.00焦炭0.5881.5012.40 5.52表 3 铁合金成分(分子)及其回收率(分母)成分含量 / 回收率 /%C Si Mn Al P S Fe 类型硅铁—73.00/750.50/80 2.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁 6.60/90 ①0.50/7567.80/80—0.23/1000.13/10024.74/100① 10%C 与氧生产CO 2表 4其余工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度%CaO/%SiO 2 =3.5渣中铁损 (铁珠 )为渣量的 6%萤石加入量为铁水量的0.5%氧气纯度99%, 余者为 N 2* *生白云石加入量为铁水量的 2.5%炉气中自由氧含量0.5%(体积比 )炉衬蚀损量为铁水量的0.3%气化去硫量占总去硫量的1/315% ,而 (Fe2O 3)/∑终渣∑ (FeO)含量(按金属中〔C〕的氧化产90%C氧化成CO,(FeO)=1/3即(FeO)=1.35(Fe 2 O 3)折算)物10%C氧化成CO 2(Fe2 O 3)=5%(FeO)=8.25%为铁水量的 1.5%(此中FeO由热均衡计算确立。
湖工大转炉物料平衡与热平衡计算
第1章转炉物料平衡与热平衡计算物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料(如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等)和炼钢过程的产物(如钢水、炉渣、炉气、烟尘等)之间的平衡关系。
热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入(如铁水物理热、化学热)和热量支出(如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热)之间的平衡关系。
1.1 原始数据的选取1.1.1 原材料成分原材料成分见表1.1~表1.4。
表1.1 铁水、废钢成分(%)原料 C Si Mn P S 温度/℃铁水 4.2 0.5 0.55 0.12 0.04 1300 废钢0.20 0.25 0.55 0.030 0.030 25表1.2 渣料和炉衬材料成分(%)种类CaO SiO2MgO Al2O3S P CaF2FeO Fe2O3烧减H2O C 石灰88 2.5 2.6 1.5 0.06 5.34矿石 1.0 5.61 0.52 1.10 0.07 46.2 45.0 0.50萤石 6.0 0.58 1.88 0.09 0.55 88.0 2.00白云石55.0 3.0 33.0 3.0 1.0 5.0炉衬52.0 2.0 40.0 1.0 5.0表1.3 各材料的热容项目固态平均热容/kJ·kg-1·K-1熔化潜热/kJ·kg-1液(气)态平均热/kJ·kg-1·K-1生铁0.745 217.568 0.8368 钢0.699 271.96 0.8368 炉渣209.20 1.247 炉气 1.136 烟尘 1.000 209.20矿石 1.046 209.20表1.4 反应热效应(25℃)元素反应反应热/kJ·kg-1元素[C]+1/2O2=CO10950C[C]+O2=CO234520Si [Si]+O2=SiO228314P 2[P]+5/2O2=P2O518923Mn [Mn]+1/2O2=MnO 7020[Fe]+1/2O2=FeO 5020Fe[Fe]+3/2O2=Fe2O36670SiO2SiO2+2CaO=2CaOSiO22070P2O5P2O5+4CaO=4CaO P2O550201.1.2 假设条件根据各类转炉生产实际过程假设:(1)渣中铁珠量为渣量的8%;(2)喷溅损失为铁水量的1%;(3)熔池中碳的氧化生成90%CO,10% CO2;(4)烟尘量为铁水量的1.6%,其中wFeO为77%,wFe2O3=20%;(5)炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%;(6)炉气温度取1450℃,炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%;(7)氧气成分:98.5%氧气,1.5%氮气。
电炉炼钢设计(物料平衡+热平衡)
炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质
生铁
锰铁硅铁
物料平衡计算前,必须确定冶炼设备和方法以及炉
现代电弧炉冶炼工艺与传统三段式有较大的变化
火砖块是浇铸系统的废弃品,它的
配碳比钢种规格中线高0.70%,焦炭的收得率按75%计(7-28)
熔化期脱碳量30%,
CO:CO2=7:3,下同
Fe含量见表7-29
余见注释
焦炭中C含量
烧损率为25%
石灰中的S含
量为0.06%
(3)确定炉渣量:炉渣源于炉料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物,炉顶和炉衬的蚀损,焦炭和电极中的灰分,以及加入的各种溶剂。
结果见表7-32.
(4)确定金属量:金属量Qi=金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量+焦炭配入得碳量
炉顶、炉衬消耗
量见表7-28
烧损的Fe,其中20%进入渣中,其中75%为Fe2O3,25%为FeO
引起氧化期物料波动的因素有:扒除熔化渣,造新渣;金属中
还原期采用白渣操作,引起该期物料变化的因素有:。
《物料平衡和热平衡》课件
热平衡描述的是一个系统或环境在不受外界影响或外界影响可以忽略不计的情况下,热量自然传递和分布达到的稳定状态。在这种状态下,系统内部各部分之间的温度差很小,系统内部热量的传递速率与外界对系统热量传递的速率相等,系统内部温度呈现均匀分布。
详细描述
总结词:热平衡的应用非常广泛,涉及到工业生产、环境保护、能源利用等多个领域。例如,在工业生产中,需要控制温度、压力等参数以达到最佳的生产效果;在环境保护中,需要研究大气、水体等自然环境的热平衡状态,以了解其对人类生存的影响;在能源利用中,需要研究各种能源转换和利用过程中的热平衡问题,以提高能源利用效率。
总结词
在环境科学领域,物料平衡和热平衡是研究污染物迁移转化机制的重要工具。
详细描述
在环境科学研究中,物料平衡和热平衡技术被广泛应用于污染物迁移转化机制的研究。通过物料平衡分析,可以了解污染物在环境中的分布和迁移规律,预测其对生态系统的影响。热平衡技术则可以帮助研究污染物在环境中的扩散、吸附、降解等过程,为污染治理和环境保护提供科学依据和技术支持。
数据处理
使用数据采集和处理系统,对实验数据进行处理和分析,得出实验结果。
实验总结
根据实验结果,总结实验结论,评估实验效果,提出改进意见。
物料平衡和热平衡的实际应用
总结词
在化工生产中,物料平衡和热平衡是关键的工艺控制要素,对产品的质量和产量具有重要影响。
要点一
要点二
详细描述
在化工生产过程中,需要精确控制原料的投入和产物的输出,以实现最佳的工艺效果。物料平衡通过对原料和产物的数量和质量进行监测和控制,确保生产过程中的物质守恒,从而提高产品的纯度和收率。热平衡则涉及到反应过程中的热量传递和利用,通过对温度、压力等工艺参数的调节,优化反应条件,提高能源利用效率和产品质量。
{物料管理}物料平衡与热平衡
{物料管理}物料平衡与热平衡3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡3.1 物料平衡计算3.1.1 计算所需原始数据基本原始数据:冶炼钢种及成分(见表3-1);原材料成分(见表3-2);炉料中元素烧损率(见表3-3);合金元素回收率(见表3-4);其他数据(见表3-5)。
表3-1 冶炼钢种及其成分注:分母系计算时的设定值,取其成分中限。
表3-2 原材料成分/%表3-3 炉料中元素烧损错误!未找到引用源。
按末期含量比规格下限低0.03%~0.10%(取0.06%)确定(一般不低于0.03%的脱碳量);②按末期含量的0.015%来确定。
表3-4 铁水、废钢成分设定值表3-5 其他数据3.1.2 物料平衡基本项目收入项有:废钢、生铁、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、铁合金、氧气和空气。
支出项有:钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。
3.1.3 计算步骤以100kg金属炉料(废钢+ 生铁)为基础,按工艺阶段——熔化期、氧化期和还原期分别进行计算,然后汇总成物料平衡表。
第一步:熔化期计算。
(1)确定物料消耗量:1)金属炉料配入量。
废钢和生铁按75kg和25kg搭配,不足碳量用焦炭来配。
其结果列于表3-6。
计算用原始数据见表3-2和3-5。
表3-6 炉料配入量错误!未找到引用源。
碳烧损率25%。
2)其他原材料消耗量。
为了提前造渣脱磷,先加入一部分石灰(20kg/t(金属料))和矿石(10 kg/t(金属料))。
炉顶、炉衬和电极消耗量见表3 -5。
(2)确定氧气和空气消耗量:耗氧项包括炉料中元素的氧化,焦炭和电极中碳的氧化;而矿石则带来部分氧,石灰中CaO 被自身S还原出部分氧。
前后两者之差即为所需净氧量2.458kg。
详见表3-7。
根据表3-5中的假设,应由氧气供给的氧气为100%,即2.239kg。
由此可求出氧气实际消耗量。
详见表3-8。
上述1)+2)便是熔化期的物料收入量。
表3-7 净耗氧量的计算错误!未找到引用源。
干燥过程得物料平衡与热平衡计算
—热损失
式中为湿物料进出干燥器时得比热
蒸发水分所需得热量为:
若忽略湿物料中水分带入系统中得焓,上式简化为:
此时热效率可表示为:
6、等焓干燥过程:
等焓干燥过程(绝热干燥过程):气体放出得显热全部用于湿分汽化。规定如下:
不向干燥器补充热量 ;
折合成标煤量=667384、6/29302=22、8kg/h
那么,需要向干燥系统供应多少热风呢?首先需要确定热风得初始温度,现按初始风温t1=300℃与400℃分别计算,忽略热空气中得水分,需要得绝干空气量L。
当t1=300℃时,L×1、01×300=667384、6得L=2202、6kJ/h
这样,加热空气带走热2202、6×1、01×60=133476、9kJ/h占20%
(3)干燥产品流量
物料平衡
则,
式中,分别为物料进与出干燥器得湿基含水量。需要指出得就是,干燥产品就是相对于而言得,并不就是绝干物料,只就是含水量较小。所以一般称为干燥产品,以区别于绝干物料。
例题:在一连续干燥器中,将每小时2000湿物料由含水量3%干燥至0、5%(均为湿基),以热空气为干燥介质,空气进出干燥器得湿度分别为0、02及0、08,假设干燥过程无物料损失,试求水分蒸发量,新鲜空气消耗量与干燥产品量。
水分蒸发热520560kJ/h占78%
其她热损失占2%
以上已接近等焓干燥,即:
热空气释放出得显热=2202、6×1、01×(300-60)=533910、2kJ/h
与水分蒸发汽化热=498000kJ/h两者比较相近。
当t1=400℃时,解得L=1610、6kg/h。
这时,加热空气带走热为97603、9kJ/h,占总热量得14、6%。
高炉物料平衡和热平衡的计算
目录1.概述 (1)2.炼铁配料 (1)2.1.原料计算 (1)2.2计算矿石需要量 (4)2.3炉渣成分的计算 (4)2.4校核生铁成分 (7)3.物料平衡计算 (7)3.1 原始物料 (7)3.2计算风量 (8)3.3炉顶煤气成分及数量的计算 (10)3.4 编制物料平衡表 (13)4.热平衡计算 (14)4.1.原始资料 (14)4.2 热量收入 (15)4.3热量支出 (16)4.4 热平衡表 (19)参考文献 (19)高炉物料平衡和及平衡的计算1.概述在计算物料平衡和热平衡之前,首先必须确定主要工艺技术参数。
对于一种新的工业生产装置,应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。
高炉炼铁工艺已有200余年的历史,技术基本成熟,计算用基本工艺技术参数的确定,除特殊矿源应作冶炼基础研究外,一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。
例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。
计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须作工业全分析,而且将各种成分之总和换算成100%,元素含量和化合物含量要相吻合。
配料计算是高炉操作的重要依据,也是检查能量利用状况的计算基础。
配料计算的目的,在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和溶剂的用量,以配置合适的炉渣成分和获得合格的生铁。
通常以一吨生铁的原料用量为基础进行计算。
物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上,以配料计算为依据编算的。
计算内容包括风量、煤气量、并列出收支平衡表。
物料平衡有助于检验设计的合理性,深入了解冶炼过程的物理化学反应,检查配料计算的正确性,校核高炉冷风流量,核定煤气成分和煤气数量,并能检查现场炉料称量的准确性,为热平衡及燃料消耗计算打基础。
热平衡计算的基础是能量守恒定律,即供应高炉的热量应等于各项热量的消耗;而依据是配料计算和物料平衡计算所得的有关数据。
热平衡计算采用差值法,即热量损失是以总的热量收入,减去各项热量消耗而得到的,即把热量损失作为平衡项,所以热平衡表面上没有误差,因为一切误差都集中掩盖在热损失之重。
炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算
炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算4. l炼钢过程的物料平衡与热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建⽴在物质与能量守恒的基础上。
其主要⽬的是⽐较整个冶炼过程中物料、能量的收⼊项和⽀出项,为改进操作⼯艺制度,确定合理的设计参数和提⾼炼钢技术经济指标提供某些定量依据。
应当指出,由于炼钢系复杂的⾼温物理化学过程,加上测试⼿段有限,⽬前尚难以做到精确取值和计算。
尽管如此,它对指导炼钢⽣产和设计仍有重要的意义。
本章主要结合实例阐述氧⽓顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料平衡和热平衡计算的基本步骤和⽅法,同时列出⼀些供计算⽤的原始参考数据。
4.1 氧⽓顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡4.1.1 物料平衡计算(1)计算所需原始数据。
基本原始数据有:冶炼钢种及其成分(表4-1);⾦属料—铁⽔和废钢的成分(表4-1);终点钢⽔成分(表4-1);造渣⽤溶剂及炉衬等原材料的成分(表4-2);脱氧和合⾦化⽤铁合⾦的成分及其回收率(表4-3);其它⼯艺参数(表4-4).表4-1 钢种、铁⽔、废钢和终点钢⽔的成分设定值* 〔C〕和〔Si〕按实际⽣产情况选取;〔Mn〕、〔P〕和〔S〕分别按铁⽔中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢⽔中设定。
本计算设定的冶炼钢种为Q235A。
(2)物料平衡基本项⽬。
收⼊项⽀出项铁⽔钢⽔废钢炉渣溶剂(⽯灰、萤⽯、轻烧⽩云⽯) 烟尘氧⽓渣中铁珠炉衬蚀损炉⽓铁合⾦喷溅表4-3 铁合⾦成分(分⼦)及其回收率(分母)* 10%C与氧⽣产CO2表4-4 其它⼯艺参数设定值(3)计算步骤。
以100kg铁⽔为基础进⾏计算。
第⼀步:计算脱氧和合⾦化前的总渣量及其成分。
总渣量包括铁⽔中元素氧化、炉衬蚀损和加⼊溶剂的成渣量。
其各项成渣量分别列于表4-5、4-6和4-7。
总渣量及其成分如表4-8所⽰。
第⼆步:计算氧⽓消耗量。
氧⽓实际消耗量系消耗项⽬与供⼊项⽬之差,详见表4-9。
第三步:计算炉⽓量及其成分。
* 由CaO还原出的氧量,消耗的CaO量=0.009×56/32=0.016kg表4-7 加⼊溶剂的成渣量0.016+0.004+0.002+0.910=0.900kg;渣中已含(SiO2)=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767kg.因设定的终渣碱度R=3.5;故⽯灰加⼊量为〔R∑(SiO)-∑(CaO)〕/(%CaO⽯灰-R×%SiO2⽯灰)=5.285/2(88.00%-3.5×2.50%)=6.67kg*2 为(⽯灰中CaO含量)—(⽯灰中S→CaS⾃耗的CaO量)。
物料平衡及热平衡计算
0.850× = 1.821
0.406× = 0.524
0.135× = 0.309
0.005× = 0.010
0.010× = 0.023﹡
1.358
0.679
假定气化硫率占总去硫率的 。-0.005表示复原出的氧量,消耗CaO量为0.010× =0.018
见表2-2-8
5.氧气成分为98.5%O2,1.5%N2。
6.炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%。
1.2物料平衡计算
根据铁水成份,渣料质量以及冶炼钢种,采用单渣不留渣操作,通常首先以100公斤铁水为计算根底,然后再折算成100公斤金属料。
1.2.1炉渣量及其成份的计算
炉渣来自金属中元素的氧化产物,渣料以及炉衬侵蚀等。
1.铁水中各元素氧化量(见表2-2-1)
%
4.300
0.650
0.560
0.150
0.038
1300
转炉冶炼钢种常为普通碳素钢和低合金钢,在此以要求冶炼BD3钢考虑,其成分见表2-1-3
成分〔中限〕
C
Si
Mn
P
S
%
0.16~0.24
0.16~0.28
0.35~0.65
0.045
0.045
1.1.4平均比热
表1-1-4
工程
固态平均比热
千卡/公斤·度
28.8
61.8
0.50
100.00
萤石
6.00
0.58
1.78
0.09
0.55
89.00
2.00
100.00
轻烧
白云石
30.84
0.46
20.16
5.4--干燥中的物料平衡及热平衡
2)湿物料中蒸发部分的水所带入的热量
q w C w t1
(KJ/kgH2O)
物料进 烘干机的温 度
3)烘干机中补充的热量
q ad Q ad mw
(KJ/kgH2O)
(2)支出的热量 1)加热被干燥物料上的热量
qm 100 v 2 100 v 2 v (C m C w 2 )(t 2 t1 ) v1 v 2 100 100
t mi , I mi
干物料 Gw2, v 2 , Q2
L0 , x 0 , t 0 , I 0 ,0
Lm 2 , t m 2
5.4.1.2物料中水分表示方法
物料中所含水的 质量与绝对干燥 物料的质量之比值
u W 100% Gd
干基水分
湿基水分
物料中所含水的 质量与湿物料的 质量之比值
v
l a nl fl
5.4.2热量平衡
补充热量q ad
干燥介质带入热量q1
物料带入热量qm1
废气带走热量q2
干燥器
物料带走热量qm2
干燥器表面散热ql
烘干机热平衡示意图
5.4.2.1热平衡项目
以物料排除1kg水分,温度以0℃为基准。 (1)收入的热量 1)干燥介质带入的热量
q1 lI 1
(KJ/kgH2O)
(kg干空气 / h)
(2)用烟气作干燥介质 干燥介质中增加水气的量等于物料中水分的蒸发量。 1)蒸发1Kg水干混合气的用量:
l m1Hale Waihona Puke Lm1 1 mw x 2 x1
2)蒸发1Kg水时高温烟气(燃烧产物)的用量为:
l fe l m1 1 n
3)令蒸发1Kg水时干冷空气(混合用)用量为:
炼钢物料平衡热平衡计算
烟尘中:FeO=77%;Fe2O3=20%
(做课程设计时可改为:烟尘为铁水量的1.16%)
O2(烟尘中)=1.6×(77%× +20%× )
=0.37[㎏]
三、炉气成分及重量的计算
表1-14
炉气成分
重量,㎏
体积(Nm3)
%
CO
8.663
8.663× =6.925
79.4
CO2
3.235
0.15
—
0.17
0.015
0.025
实测
氧化量
4.19
0.37
0.41
0.135
0.012
转入表1-7
说明:
[Si]——碱性渣操作时终点[Si]量为痕迹;
[P]——单渣发去磷约90%(±5%);
[Mn]——终点余锰量约30~40%,这里实测为30%;
[S]——转炉去硫约30~50%,这里取40%;
烧碱**
1.0×10%=0.2
S
1.0×0.03%=0.0003
1.0×0.03%=0.0003
Al2O3
1.0×0.4%=0.004
共计
3.0
*加入生白云石后经经炉渣成分计算,应满足MgO=6~8%范围(见表1—13),目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力,提高炉龄。
* *烧碱是指生白云石或石灰中未分解的CO2及其重量。
0.445
3.28
CaS
0.018
0.0045
0.002
0.025
0.22
FeO
0.757
0.757
10.00
Fe2O3
0.378
0.378
5.00
化工过程中的物料平衡与能量平衡控制
化工过程中的物料平衡与能量平衡控制重庆湘渝盐化责任有限公司摘要:化工过程中的物料平衡与能量平衡控制是确保工程操作正常运行和资源高效利用的关键要素。
物料平衡涉及跟踪原材料和产物在过程中的流动,以确保没有物质浪费。
能量平衡控制则关注能源的输入和输出,以提高能源效率和降低生产成本。
这两个方面的控制对于可持续化工过程至关重要,有助于减少环境影响并提高经济效益。
未来,随着新兴技术的发展,化工工程领域将不断寻求更精确的建模和控制方法,以应对日益复杂的生产需求,同时实现资源和能源的可持续利用。
物料平衡与能量平衡控制将继续在化工工程中发挥重要作用,推动行业向更加环保和高效的方向迈进。
关键词:化工过程;物料平衡;能量平衡引言化工过程的设计和运营需要高度的精确性和控制,以确保产品质量、安全性和经济效益。
在这一领域,物料平衡和能量平衡控制是至关重要的概念。
物料平衡涉及追踪化工过程中原材料、反应产物和中间体的流动,以确保资源的高效利用、减少浪费和确保产品的一致性。
与此同时,能量平衡控制关注能源的输入和输出,以最大程度地提高能源效率、降低生产成本和减少环境影响。
本文将探讨物料平衡和能量平衡的基础概念、计算方法以及其在化工过程中的关键作用。
我们还将考察当前面临的挑战以及未来可能的发展趋势,包括新兴技术的应用和可持续化工过程的前景。
物料平衡和能量平衡控制的深入研究对于实现可持续化工生产和资源管理至关重要。
一、物料平衡与能量平衡基础(一)物料平衡的概念与应用物料平衡是化工过程工程师在处理原材料、反应产物和副产品时的核心概念。
它涉及追踪和量化物料在进程中的流动,以确保质量和数量的一致性。
物料平衡的目的是分析过程中物质的输入、输出和积累,从而掌握工程系统的运行情况。
这种平衡对于确定反应效率、材料利用率和废物生成率至关重要。
它在化工、制药、食品加工等领域中广泛应用。
(二)能量平衡的概念与应用能量平衡是另一个重要的工程原理,它关注能量在工程系统中的传递和转化。
炼钢物料平衡热平衡计算概述
炼钢物料平衡热平衡计算概述炼钢是一项涉及到复杂物料流动和能量转化的工艺过程。
热平衡计算是炼钢过程中的重要一环,它可用于评估和优化炼钢装置的热能利用效率。
炼钢物料平衡热平衡计算主要包括两个方面:物料平衡计算和热平衡计算。
物料平衡计算是指通过对炼钢装置中各个系统和设备中原料、中间产品和产出物料的流量进行测量和计算,以确定物料流动的平衡状况。
这一步骤通常包括测量和计算进料的质量和流量、测量和计算产出物料的质量和流量以及收集和记录其他与物料平衡相关的数据。
物料平衡计算可帮助工程师了解炼钢过程中原料的利用率和产出物料的损耗情况,从而评估和改进炼钢装置的运行效果。
热平衡计算是指通过对炼钢装置中的热流量进行测量和计算,以确定能量的平衡状况。
在炼钢过程中,燃料燃烧产生的热能被用于加热冷却液、回收热能或用于其他工艺用途。
热平衡计算可以帮助工程师了解炼钢装置中热能的利用率和能量总和的平衡状况,从而优化能源利用,降低能源消耗。
物料平衡和热平衡的计算是相互关联的,彼此影响。
在炼钢过程中,物料的流动和能量的转化是紧密联系的。
例如,在高炉冶炼过程中,铁矿石和焦炭作为原料进入高炉,燃烧产生的热能用于冶炼和预热原料。
热平衡计算可以帮助确定燃烧的热能是否能满足冶炼的要求,物料平衡计算可以帮助确定原料的利用率和产出物料的质量。
总之,炼钢物料平衡热平衡计算是炼钢过程中的关键一环,它可用于评估和优化炼钢装置的热能利用效率。
通过物料平衡计算可以了解原料的利用率和产出物料的损耗情况,通过热平衡计算可以了解炼钢装置中热能的利用率和能量平衡情况。
这两个计算相互关联,彼此影响,共同为炼钢过程的优化提供依据。
炼钢物料平衡热平衡计算是炼钢过程中的重要环节,其目的是评估和优化炼钢装置的热能利用效率。
通过进行物料平衡计算和热平衡计算,可以对炼钢过程中的物料流动和能量转化进行有效控制和管理,从而提高生产效率和降低能耗。
物料平衡计算是通过对炼钢装置中的原料、中间产品和产出物料的流量进行测量和计算,以确定物料流动的平衡状况。
物料平衡 热平衡 转炉
物料平衡热平衡转炉物质平衡是化学工程与工艺中的一项基本内容,它涉及到物料的流动、转化及其质量变化等方面。
而热平衡则是指在物质平衡的基础上,对系统中的热量进行追踪和分析,以确保能量的平衡。
本文将以转炉为例,探讨物料平衡与热平衡在转炉中的应用。
转炉是一种常见的冶金设备,用于高炉炼钢过程中的转炉炼钢操作。
其工作原理是将经预处理后的铁水转入转炉内,然后通过吹氧处理来进行脱碳和合金化操作。
在整个过程中,物料的流动和转化对炉内的温度和成分分布起着重要的影响,因此物料平衡和热平衡的控制至关重要。
在转炉的物料平衡方面,首先需要了解转炉的进出料流量和成分。
在炉料进料部分,铁水、废钢和矿石是主要的原料,其中铁水的质量是通过连铸工序得到的。
炉料在转炉内经历了氧气吹炼和反应合金化等过程,最终得到了炼钢产物。
通过监控进出料的质量和流量,可以实现物料平衡的控制。
其次,物料的转化和质量变化也需要考虑。
在转炉内,废钢和矿石会与铁水发生反应,产生气体和渣。
吹氧操作则通过气体的冲击和燃烧来脱碳和合金化,使得炼钢产物的质量得到提高。
通过对这些反应和转化过程的分析,可以对物料的转化率和质量损失进行评估和优化。
物料平衡的控制不仅仅关注物料的流动和转化,还需考虑热平衡问题。
在转炉炼钢过程中,吹氧操作会产生大量热量,同时也伴随着物料的燃烧和矿石的还原等反应。
这些热量源需要通过转炉的内、外冷却装置来消散。
对于内部冷却装置,通常使用铜质的水冷壁,通过循环冷却水来吸收转炉内的余热。
对于外部冷却装置,则通常使用散热器和排烟系统来将转炉的废热排出。
热平衡的控制与物料平衡密不可分,只有在物料平衡得到满足的前提下,热平衡才能得到有效的控制。
在转炉的热平衡中,需要综合考虑各种热源和热损失,以确保转炉内部的温度在适宜的范围内。
同时,热平衡的控制也与操作条件和工艺参数的设定密切相关,只有合理地安排吹氧量、冷却水量和冷却空气的流动速度等,才能实现炉内的热平衡。
综上所述,物料平衡和热平衡在转炉炼钢过程中起着重要的作用。
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3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡3.1 物料平衡计算3.1.1 计算所需原始数据基本原始数据:冶炼钢种及成分(见表3-1);原材料成分(见表3-2);炉料中元素烧损率(见表3-3);合金元素回收率(见表3-4);其他数据(见表3-5)。
确定(一般不低于0.03%的脱碳量);错误!未找到引用源。
按末期含量的0.015%来确定。
3.1.2 物料平衡基本项目收入项有:废钢、生铁、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、铁合金、氧气和空气。
支出项有:钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。
3.1.3 计算步骤以100kg金属炉料(废钢+生铁)为基础,按工艺阶段——熔化期、氧化期和还原期分别进行计算,然后汇总成物料平衡表。
第一步:熔化期计算。
(1)确定物料消耗量:1)金属炉料配入量。
废钢和生铁按75kg和25kg搭配,不足碳量用焦炭来配。
其结果列于表3-6。
计算用原始数据见表3-2和3-5。
错误!未找到引用源。
碳烧损率25%。
2)其他原材料消耗量。
为了提前造渣脱磷,先加入一部分石灰(20kg/t(金属料))和矿石(10kg/t(金属料))。
炉顶、炉衬和电极消耗量见表3-5。
(2)确定氧气和空气消耗量:耗氧项包括炉料中元素的氧化,焦炭和电极中碳的氧化;而矿石则带来部分氧,石灰中CaO被自身S还原出部分氧。
前后两者之差即为所需净氧量2.458kg。
详见表3-7。
根据表3-5中的假设,应由氧气供给的氧气为100%,即2.239kg。
由此可求出氧气实际消耗量。
详见表3-8。
上述1)+2)便是熔化期的物料收入量。
23尘的一部分;20%成渣。
在这20%中,按3:1的比例分别生成(FeO )和(Fe 2O 3)。
(3)确定炉渣量:炉渣源于炉料中Si 、Mn 、P 、Fe 等元素的氧化产物,炉顶和炉衬的蚀损,焦炭和电极中的灰分,以及加入的各种熔剂。
结果见表3-9。
(4)确定金属量:金属量Qi=金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量+焦炭配入的碳量=100-2.7425+0.42=97.6775kg。
(5)确定炉气量:炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化物CO和CO2,氧气带入的N2,物料中的H2O及其反应产物,游离O2及其反应产物,石灰的烧减(CO2),焦炭的挥发分。
计算结果列于表3-10。
(6)确定铁的挥发量:有表3-7中设定,铁的挥发量为:97.949×2%×80%=1.564kg。
上述(3)+(4)+(5)+(6)便是熔化期的物料支出量。
由此可列出熔化期物料平衡表3-11。
第二步:氧化期计算。
引起氧化期物料波动的因素有:扒除熔化渣,造新渣;金属中元素的进一步氧化;炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损。
(1)确定渣量:1)留渣量。
为了有利去磷,要进行换渣,即通常除去70%左右熔化渣,而进入氧化期只留下30%的渣。
其组成见表3-12。
2)金属中元素的氧化产物。
根据表3-3给出的值可以计算产物量,详见表3-12。
3)炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损量。
根据表3-5的假定进行计算,其结果一并列入表3-12。
4)造新渣时加入石灰、矿石和火砖块带入的渣量。
见表3-12。
渣量计算的几点说明:关于石灰消耗量:由表3-12可知,除石灰带入的以外,渣中已含SiO2=0.168+0.08+0.003+0.005+0.001+0.304=0.561kg;Cao=0.531+0.001+0.006 +0.003-0.040=0.501kg。
取碱度3.5,故石灰加入量为:[R∑W(SiO2)-∑W(CaO)]/[w(CaO石灰)-Rw(SiO2石灰)]=1.377/(88.00%-3.5×2.50%)=1.091kg关于磷的氧化量:根据表3-7,可近似求得[(0.003-0.0135)/97.687-0.015%]×97.687=0.00184kg。
关于铁的烧损量:一般可以设定,当氧化末期金属中含C约0.90%时,渣中∑w(Fe)约达7%;且其中75%为(FeO),25%为(Fe2O3)。
因此,渣中含(FeO)为(7%×75%×72)/56=6.75%,含(Fe2O3)为(7%×25%×160)/112=2.50%,由表3-12可知,除FeO和Fe2O3以外的渣量为2.127+0.608+0.225+0.298+0.189+0.019+0.0559=3.551kg,故总渣量=3.551/(100-6.75-2.50)%=3.913kg。
于是可得W(FeO)=0.245kg,W(Fe2O3)=0.118kg。
其中,有Fe氧化生成的(FeO)和(Fe2O3)分别为0.19kg和0.082kg。
(2)确定金属量:根据熔化期的金属量以及表3-12中元素烧损量和矿石还原出来的铁量,即可得氧化末期的金属量为97.678-(0.0375+0.039+0.0016+0.135+0.023+0.318错误!未找到引用源。
)+0.628=97.894kg(错误!未找到引用源。
0.318为碳的烧损量接近值,即(0.60-0.18)-0.89%×97.678=0.342kg)(3)确定炉气量:计算方法如同熔化期。
先求净耗氧量(见表3-13),再确定氧气消耗量(见表3-14),最后将各种物料或化学反应带入的气态产物归类,从而得其结果(见表3-15)。
具体算法可参照表3-10。
熔化期和氧化期的综合物料平衡列于表3-16。
氧化期末金属成分如下:3.2 热平衡计算以100kg金属料(废钢+生铁)为基础。
3.2.1 计算热收入Qs(1)物料的物理热。
计算结果列于表3-17。
(2)元素氧化热及成渣热。
计算结果列于表3-18。
(3)消耗的电能。
根据消耗的热量确定,为92294.71kJ。
详见下面的计算。
2总用量为3.447kg。
由表3-8和3-14所知,该气态O23.2.2 计算热支出Qz(1)钢水物理热Q。
该钢熔点为1536-(0.18×65+0.3×8+0.47×5+0.045×g30+0.045×25)-6=1511℃;出钢温度控制在中下限,本计算中取1580℃。
则:=97.1×[0.699×(1511-25)+0.837×(1580-1452)]=132878.15kJQg。
计算结果见表3-19。
(2)炉渣物理热Qr(3)吸热反应消耗的物理热Q。
详见表3-20。
s(4)炉气物理热Q。
令炉气温度为1200℃,热容为1.137 kJ·(kg·K)-1,由x炉气量可得:Qx=3.536×[1.137×(1200-25)]=4724kJ(5)烟尘物理热Qy。
将铁的挥发物计入烟尘中,烟尘热容为0.996 kJ·(kg·K)-1;则得:Qy=(1.538+0.831)×[0.996×(1200-25)]=2825.10kJ(6)冷却水吸热Ql。
如炉子公称为120t,冷却水消耗量为30m3/h,冷却水进出口温差为20℃,冶炼时间平均为4h,则得:Ql=(30×1000×4×4.185×20)/1200=8370kJ/100kg(金属料)(7)其他热损失Qq。
包括炉体表面散热热损失。
开启炉门热损失、电极热损失等。
其损失量与设备的大小、冶炼时间、开启炉门和炉盖的总时间以及炉内的工作温度有关。
时间表明,该项热损失占总热收入的6%-9%,本设计中取8%。
令炉子总收入等于Qs,则:Q s =132878.15+13588.34+4809.39+4724+2825+8370+Qs×(8%+6%)即 0.86Qs=161194.88Qs=194412.65kJ故应供应电能为:194412.65-2517.48-64347=127548.17kJ;Qq=194412.65×8%=15553.01kJ;Qb=194412.65×6%=11664.76kJ。
总热平衡计算结果列于表3-21。
耗为(127548.17×2.773×10-4)×1000/97.1=364 kW·h/t(钢水)。