中南大學冶金學院工廠設(shè)計第3章課件

第三章冶金過程衡算§1、冶金過程衡算的目的和內(nèi)容4-1-1

水HCl球磨酸分解過濾

濕鎢酸

酸母液烘干過篩處理后排放

工業(yè)鎢酸

冶金過程衡算定義:根據(jù)冶金工藝過程中的各個工序的物理和化學變化的基本原理,用數(shù)學分析的方法定量研究工藝過程中的物質(zhì)的量的變化.一、目的：1、確定生產(chǎn)過程中各個工序的物料處理量，中間產(chǎn)物，產(chǎn)品量及三廢排放量；2、確定原輔材料、燃料、水、電等的消耗量；3、為生產(chǎn)過程設(shè)備的選型、設(shè)計、臺數(shù)及輔助工程的確定提供論據(jù)；4、為能量的提供和利用提供依據(jù)。4-1-25、為運輸設(shè)備的選擇提供計算依據(jù)二、冶金過程衡算內(nèi)容1、物料的合理成分計算確定物料中各種化學形態(tài)物質(zhì)的百分數(shù)。如銅精礦的合理組成：根據(jù)含Cu,S,Pb,Zn含量黃銅礦CuFeS2輝銅礦Cu2S孔雀石Cu2(OH)2CO3PbS,ZnS,FeS2等2、配料計算以特定的工藝出發(fā)，根據(jù)過程發(fā)生的化學反應及生產(chǎn)實際要求，計算處理一定量的原料所需要的其它試劑的量§2、冶金過程有價成分計算和物料平衡計算幾個基本概念有價成分：是指原料中的主要金屬。物料：指生產(chǎn)過程中所使用和產(chǎn)出的每一種物質(zhì)。如：精礦、熔劑、燃料、水、空氣、中間產(chǎn)品、廢水、廢氣、廢渣、最終產(chǎn)品、副產(chǎn)品等。有價成分衡算：計算主要金屬在整個生產(chǎn)過程中的分配和流動情況。物料衡算：計算全部物料在整個生產(chǎn)過程中的分配和流動。4-2-1一、有價成分衡算和物料衡算的基本原則理論基礎(chǔ)—質(zhì)量守衡總原則—收支平衡ΣG入=ΣG產(chǎn)+ΣG損ΣG入—所有進料質(zhì)量之和ΣG產(chǎn)—所有產(chǎn)物質(zhì)量之和ΣG損—損失物料量二、有價成分衡算和物料衡算的基本步驟

（一）、收集數(shù)據(jù)

1）畫出詳細的工藝流程圖2）確定工藝過程的技術(shù)條件如：溫度、壓力、分解率、脫硫率、爐渣成分、過剩系數(shù)、液固比等。4-2-23）各工序有價成分的損失率可返回損失率—本工序損失了，但可在其它工序進行回收。不可返回損失率—本工序損失了，再也不能回收。如：機械損失、飛揚損失、隨廢水、廢渣、廢氣帶走的損失。4-2-3三、有價成分衡算和物料衡算流程簡圖和衡算式

以反應器為計算體系：AB+RC-BP=RP以分離器為計算體系：RP+BP=P+V+W+RC以整個系統(tǒng)為計算體系：AB=P+W+V進料AB旁路BP反應器分離器產(chǎn)品P排放V副產(chǎn)品殘渣W循環(huán)RCRP四、有價成分衡算和物料衡算技術(shù)指標的確定有價成分的回收率Qn--n序的處理量（按物料中的有價成分數(shù)量計算）Pn--n工序的產(chǎn)量Xn--n工序的不可回收損失量Rn--n工序的可返回損失量

xn--n工序的不可返回損失率,xn=Xn/Qn×100%

rn--n工序的可返回損失率,rn=Rn/Qn×100%4-2-51、工序的直接回收率ηn(%)ηn=Pn/Qn×100%或ηn=1-xn-rn2、n工序的總回收率ηn’(%)ηn’=(Pn+P返)/Qn×100%或ηn=1-xn3、生產(chǎn)過程直接回收率η(%)η=P最終產(chǎn)品/Q原料×100%當工藝過程沒有返料時,η=η1×η2×

…ηn

4、生產(chǎn)過程總回收率η’η’=(P產(chǎn)+P副)/Q原料×100%沒有副產(chǎn)品時，η’=η有副產(chǎn)品時，η’>η

4-2-6五、有價成分衡算和物料衡算的方法1、工藝過程有沒有返料2、所給原始數(shù)據(jù)是產(chǎn)品產(chǎn)量還是原料處理量(一)、工藝過程有沒有返料Qnn工序XnPn1、已知Pn，從下向上算ηn=1-xnQn=Pn/ηnXn=QnxnPn-1=QnQnn工序XnPnPn-1(n-1)工序4-2-7Qnn工序xnPnQn+1(n+1)工序

2、已知Qn，從上向下算

ηn=1-xnPn=QnηnXn=Qnxn

Qn+1=Pn

Q1Ix1IIx2IIIx3r4x4r3IVP0(二）有返料，但返料都是由流程的后面往前返

1、已知產(chǎn)品P0，由下向上算

工序Ⅳ：η4=1-x4-r4

Q4=P0/η4=P0/(1-x4-r4)R4=Q4r4,X4=Q4x4

4-2-8工序Ⅲ:η3=100%-x3-r3

P3=Q4

Q3=P3/η3=Q4/(1-x3-r3)R3=Q3r3,X3=Q3x3

工序Ⅱ:η2=1-x2P2=Q3-R4Q2=P2/η2=(Q3-R4)/η2X2=Q2x2R2=0工序Ⅰ:η1=1-x1,P1=Q2-R3Q1=P1/η1=(Q2-R3)/(1-x1)R1=0,X1=Q1x14-2-9

六:列出金屬平衡表

七:根據(jù)平衡表,對流程進行分析從金屬平衡表可看出：1、整個流程中金屬是平衡的最終產(chǎn)品金屬量+損失金屬量==進入流程的原料的金屬量如書中P44表3-3

100+8.73=108.73

(產(chǎn)品量)(不可返回損失)(原料中金屬量)4-2-102、可計算整個流程的直接回收率

η=100/108.74╳100%=91.95%3、根據(jù)原料中金屬量可算出所需的精礦量物料平衡計算在金屬平衡計算基礎(chǔ)上進行。

根據(jù)物料平衡表可知：1）進入各工序的各種物料和工序產(chǎn)出的各種物料2）每個工序物料是平衡的3）根據(jù)進入工序的物料處理量，可選擇或進行設(shè)備的設(shè)計。物料平衡總圖（P45，圖3-7）4-2-11課堂作業(yè)：已知P0，計算過程金屬平衡，求過程直接回收率和總回收率（無副產(chǎn)品）Q原料IIIIIIIVP0x1x2x3x4r2r34-2-12工序直收率%x%r%198202980.51.539613

499104、確定過程中各物料之間發(fā)生的化學反應5、確定過程所使用的主體設(shè)備形狀、尺寸、材料和爐方式6、選定能量衡算的基準溫度7、計算熱收入和熱支出，列出能量守衡方程式。使：∑Q收入=∑Q支出8、列出能量平衡表，進行分析。

四、能量平衡計算的內(nèi)容和能量平衡方程式的建立(一)、計算內(nèi)容1、熱收入，Q收入1）過程參加反應物料的放熱反應熱效應Q反應（放）

Q反應=∑I=1nGi△HTx103/Mi(kJ)Gi—參加反應物料i的質(zhì)量Kg△HT—參加反應物料的摩爾反應熱效應(kJ/mol)

△HT=△H298+∫298T△CPdTMi—參加反應物料i的摩爾質(zhì)量(g/mol)4-5-2

2)外加熱，Q外燃料燃燒：Q外=GJ（kJ）G—燃料的質(zhì)量（kg）J---燃料的燃燒熱（kJ/kg）電爐供熱：Q外=3600P0τ（KJ）P0—爐子正常工作的實際功率（KW）

τ—爐子作業(yè)時間（小時）3600—換算系數(shù)：1KW=3600kJ/小時3)進入反應設(shè)備的各種物料的物理顯熱Q顯熱=∑I=1nGiCit進爐溫度(kJ)

Gi—物料的質(zhì)量（Kg）C—物料的比熱(kJ/Kg℃)4-5-32、能量支出,Q支出1)、過程參加反應物料的吸熱反應熱Q反應（吸）2)、各種反應生成物（包括產(chǎn)品、爐渣、煙塵、煙氣、水分蒸發(fā)等）帶走的熱量：Q產(chǎn)物

Q產(chǎn)物=∑i=1nGiCit反應（kJ）3)、爐料由進料溫度加熱到反應溫度所需熱量Q物料

Q物料=∑i=1nGiCi(t反應-t進爐)（kJ）4)、消耗在反應設(shè)備上的熱量Q設(shè)備（對周期作業(yè)的設(shè)備）

Q設(shè)備=GC(t反應-t室)5)、設(shè)備向周