I. LÒ NUNG VÔI 1 GIÓI THIỆU
1. THIẾT KẾ LÒ NUNG VÔ
SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
2.1. Nguyên liệu
2.1.1. Thành phần ban đầu
Số liệu dựa trên mỏ đá Thanh Nghị
Thành phần đá vôi Hàm lượng (%)
CaCO3 90.24
MgCO3 0.52
SiO2 + các hợp chất không tan trong HCl 0.98
Al2O3 và Fe2O3 0.24
H2O 8.26
Số liệu dựa trên chất lượng than thương phẩm Mạo Khê, loại than cục 2MK, lấy ở mức độ trung bình
Thành phần than thương phẩm Hàm lượng (%)
C 84,3
S 0,7
Tro 10
Nước 5
Hiệu suất lò nung vôi 90 %
Hiệu suất nhiệt lượng sử dụng của lò 80 %
Độ cháy của C thành CO2 97,4 %
Độ cháy của C thành CO 1,5 %
Hiệu suất than sử dụng cho lò nung 90 %
Hiệu suất không khí sử dụng 90 %
Độ ẩm tương đối của không khí (tại tp. HCM đo
tại phòng thí nghiệm Quá Trình & Thiết Bị) 69,4 %
Nhiệt độ không khí vào 25 oC – 30 oC
Nhiệt độ không khí ra 800 oC – 900 oC
Nhiệt độ vôi tháo ra khỏi lò 300 oC
Nhiệt độ đá vôi vào lò 25 oC
Nhiệt độ của than vào lò 25 oC
Thành phần không khí vào lò
Oxi 20 %
Nitơ và khí trơ 80 %
Năng suất vôi nhập liệu 3636 kg/ngày
2.2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG CHO LÒ NUNG2.2.1. Phương trình cân bằng năng lượng 2.2.1. Phương trình cân bằng năng lượng
SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
Tính lượng than nhập liệu cho 1 ngày
Lò nung làm việc ổn định ở nhiệt độ khoảng 850 oC đến 1200 oC, trong khoảng nhiệt độ này xem như enthanpy của các phản ứng hóa học thay đổi không đáng kể.
3( ) ( ) 2( )
O
to42,50 /
r r k
CaC →CaO +CO − Kcal mol
Entanpy của phản ứng được tính theo công thức
Cp CO2 = 10,55+2,16.10-3.T-2,04.140-5.T-2 cal/(K.mol) Cp CaO = 11,67 + 1,08.10-3.T – 1,56.10-5.T-2 cal/(K.mol) Cp CaCO3 = 24,98 + 5,24.10-3.T – 6,20.10-5.T-2 cal/(K.mol)
ΔCp = Cp CO2 + Cp CaO - Cp CaCO3
Xem phản ứng xảy ra bắt đầu ở nhiệt độ 850 oC
0 11231123 298 298 P 1123 298 298 P
H H C dT
∆ = ∆ + ∫ ∆
ΔH1123 = -40,252 Kcal/mol
Như vậy để nung vôi chín chiếm 90 %, với khối lượng vôi phân hủy là
3272, 4
100 Kg = 32724 mol Lượng nhiệt cần cung cấp là cho vôi phân hủy là
32724.40,252 = 1,32.106 Kcal (1) Lượng nhiệt cần cung cấp cho phản ứng
0 25
3( ) t oC ( ) 2( )
23,992 /
r r k
MgCO
=→MgO +CO − Kcal mol
Xem entanpy thay đổi không đáng kể Lượng nhiệt cần cung cấp cho MgCO3
20950
.23,992 5984
84 = Kcal (2)
Lượng nhiệt cần cung cấp để làm bay hơi nước lúc đầu khi mồi lò nung, vì sau khi lò nung hoạt động ổn định thì, hầu như lượng nước bay hơi do nhiệt độ khói lò của lò nung cung cấp nên chúng ta chỉ tính cho giai đoạn đầu.
0
2 ( ) 2 ( )
t
l h
H O →H O
-10,519 Kcal/molLượng nhiệt cần cung cấp cho quá chuyển hóa trên là Quá trình chuyển nước dạng lỏng sang dạng hơi cần tốn
332820.10,519
194496,31
18 = Kcal (3)
Để phân hủy nước thành H2 và O2 cần cung cấp nhiệt độ cao trên 2000 oC, do vậy ở nhiệt độ lò nung nước không bị phân hủy.
SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
Giả sử bỏ qua các phản ứng phụ khác xảy ra trong lò được bỏ qua như
0
(r) 2 (h) (k ) 2 (k)
C H O + →
tCO H+
Ngoài ra Al2O3 thì do nhiệt độ nóng chảy đến 2054 oC do vậy nó được xem như là trơ trong lò nung.
Fe2O3 có nhiệt độ nóng chảy là 1565 oC, nên nó được xem là chất trơ trong lò nung nếu như chúng ta cho là không xảy ra các phản ứng khử giữ oxyt sắt với H, C, CO..
SiO2 có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 1650 oC do vậy nó được xem như là một khí trơ trong lò nung.
Vậy tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho các phản ứng xảy ra ở trên
(1),(2),(3) ta có Q tổng = 1,32.106 + 5.984 + 194496,31 = 1527686,758 Kcal = 6323695 Kj
Do hiệu suất nhiệt lượng dùng trong lò nung là 80 % nên lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho lò nung là
Q thu +tổn thất = 6323695.100 7904618, 75
80 = Kj (I)
b. Tính toán tổng lượng nhiệt tỏa ra
Dựa vào tổng lượng nhiệt thu, chúng ta xác định lượng than cần tiêu thụ theo phương trình cân bằng nhiệt
