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沸腾炉设计指导书

XXXXXXXXXXXX学

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（841×1189）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：

（%）：

Zn

Pb

Cu

Fe

S

Cd

MgO

CaO

SiO2

其他

∑

56.81

1.25

0.21

4.04

31.95

0.17

0.24

0.56

1.55

3.22

100.0

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）：

1．ZnS的量：

Zn：

100Kg×56.81%=56.81Kg

S:

56.81Kg×

=56.81Kg×32.07÷65.39

=27.86Kg

ZnS:

56.81Kg+27.86Kg=84.67Kg

2．PbS：

Pb：

100Kg×1.25%=1.25Kg

S：

1.25Kg×

=1.25Kg×32.07÷207.2

=0.19Kg

PbS：

1.25Kg+0.19Kg=1.44Kg

3．CuFeS2：

Cu：

100Kg×0.21%=0.21Kg

Fe：

0.21Kg×

u

=0.21Kg×55.85÷63.55

==0.18Kg

S：

0.21Kg×

u

=0.21Kg×2×32.07÷63.55

=0.21Kg

CuFeS2：

0.21Kg+0.18Kg+0.21Kg

=0.60Kg

4．CdS：

Cd：

100Kg×0.17%=0.17Kg

S：

0.17Kg×

=0.17Kg×32.07÷112.41

=0.05Kg

CdS：

0.17Kg+0.05Kg

=0.22Kg

5．FeS2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xKg，Fe7S8

为yKg，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

6．MgCO3：

MgO：

100Kg×0.24%=0.24Kg

CO2：

0.24Kg×

×0.24

=0.24Kg×（12.01+2×16.00）/（24.31+16.00）

=0.24Kg

MgCO3：

0.24Kg+0.26Kg=0.50Kg

7．CaCO3：

CaO：

100Kg×0.56%=0.56Kg

CO2：

0.56Kg×

=0.56×

=0.56Kg×（12.01+2×16.00）/（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1——1

硫化锌干精矿的物相成分表表1——1

物相

成分

化学成分

Zn

Pb

Cu

Cd

Fe

S

MgO

CaO

SiO2

CO2

其他

∑

ZnS

56.81

27.86

84.67

PbS

1.25

0.19

1.44

CuFeS2

0.21

0.18

0.21

0.60

CdS

0.17

0.05

0.22

FeS2

2.25

2.58

4.83

Fe7S8

1.61

1.06

2.67

MgCO3

0.24

0.26

0.50

CaCO3

0.56

0.44

1.00

SiO2

1.55

1.55

其他

2.52

2.52

小计

56.81

1.25

0.21

0.17

4.04

31.95

0.24

0.56

1.55

0.70

2.52

100.0

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：

（%）：

Zn

Pb

Cu

Fe

S

Cd

MgO

CaO

SiO2

其他

∑

56.81

1.25

0.21

4.04

31.95

0.17

0.24

0.56

1.55

3.22

100.0

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1——1

物相

成分

化学成分

Zn

Pb

Cu

Cd

Fe

S

MgO

CaO

SiO2

CO2

其他

∑

ZnS

56.81

27.86

84.67

PbS

1.25

0.19

1.44

CuFeS2

0.21

0.18

0.21

0.60

CdS

0.17

0.05

0.22

FeS2

2.25

2.58

4.83

Fe7S8

1.61

1.06

2.67

MgCO3

0.24

0.26

0.50

CaCO3

0.56

0.44

1.00

SiO2

1.55

1.55

其他

2.52

2.52

小计

56.81

1.25

0.21

0.17

4.04

31.95

0.24

0.56

1.55

0.70

2.52

100.0

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PbO·SiO2；Fe2O3中，有1/3与ZnO结合成ZnO·Fe2O3；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PbO·SiO2；Fe2O3中，有40%与ZnO结合成ZnO·Fe2O3；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xKg

1．各化学成分的计算：

Zn：

56.81Kg×45%=25.5645Kg

Cd：

0.17Kg×60%=0.1020Kg

Pb：

1.25Kg×50%=0.6250Kg

Cu：

0.21Kg×45%=0.0945Kg

Fe：

4.04Kg×45%=1.8180Kg

MgO：

0.24Kg×45%=0.1080Kg

CaO：

0.56Kg×45%=0.2520Kg

SiO2：

1.55Kg×45%=0.6975Kg

SS：

xKg×0.5%=0.005xKg

SSO4：

xKg×2.14%=0.0214xKg

其他：

2.52Kg×45%=1.1340Kg

2．烟尘中的物相成分计算：

（1）ZnS的量：

S：

0.005xKg

Zn：

0.005xKg×MZn/MS

=0.005xKg×65.39÷32.07

=0.0102xKg

ZnS：

0.005xKg+0.01020xKg=0.0152xKg

（2）ZnSO4的量：

S：

0.0214xKg

Zn：

0.0214xKg×MZn/MS

=0.0214xKg×65.39÷32.07

=0.0436xKg

O：

0.0214xKg×4MO/MS

=0.0214xKg×4×16.00÷32.07

=0.0427xKg

ZnSO4：

0.0214xKg+0.0436xKg+0.0427xKg

=0.1077xKg

（3）ZnO·Fe2O3的量：

烟尘中的Fe2O3的量为：

1.8180Kg×[（3MO+2MFe）/2MFe]

=2.600Kg

其中：

O为1.8180Kg×3MO/2MFe

=0.7812Kg

则，与锌结合的Fe2O3的量为：

2.600Kg×1/3=0.8670Kg

其中，O为0.7812Kg×1/3=0.2604Kg

ZnO·Fe2O3中ZnO的量为：

ZnO=0.8670Kg×[（MO+MZn）/[（3MO+2MFe）]

=0.4446Kg

其中，锌为0.3572Kg，氧为0.0874Kg

ZnO·Fe2O3的量：

0.8670Kg+0.4446Kg

=1.3116Kg

（4）余下的Fe2O3的量：

2.600Kg—0.8670Kg=1.7330Kg

其中，Fe：

1.8180Kg×2/3=1.2120Kg

O：

0.7812Kg×2/3=0.5208Kg

（5）余下的ZnO的量：

余下的ZnO中：

Zn：

25.5645—（0.0102x+0.0436x+0.3572）

=25.2073—0.0538xKg

O：

（25.2073—0.0538x）Kg×MO/MZn

=6.1679—0.0132xKg

ZnO：

25.2073—0.0538x+6.1679—0.0132x

=31.3752—0.0670xKg

（6）CdO：

Cd：

0.1020Kg

O：

0.1020Kg×MO/MCd

=0.0145Kg

CdO：

0.1020Kg+0.0145Kg=0.1165Kg

（7）CuO：

Cu：

0.0945Kg

O：

0.0945Kg×MO/MCu

=0.0238Kg

CuO：

0.0945Kg+0.0238Kg=0.1183Kg

（8）PbO·SiO2：

Pb：

0.6250Kg

O：

0.6250Kg×MO/MPb

=0.0483Kg

SiO2：

0.6250Kg×（2MO+MSi）/MPb

=0.1812Kg

PbO·SiO2：

0.6250Kg+0.0483Kg+0.1812Kg

=0.8545Kg

（9）余下的SiO2：

0.6975Kg—0.1812Kg

=0.5163Kg

（10）CaO：

CaO：

0.2520Kg

（11）MgO：

MgO：

0.1080Kg

（12）其他：

其他：

1.1340Kg

由以上的计算结果，根据物料平衡关系，可知：

x=（0.0152x+0.1077x+1.3116+1.7330+31.3752—0.0670x+0.1165+

+0.1183+0.8545+0.5163+0.2520+0.1080+1.1340）

解之，可得x=39.740Kg。

由以上的计算结果，即可求出：

1.ZnS的量：

S：

0.199Kg

Zn：

0.405Kg

ZnS：

0.604Kg

2.ZnSO4的量：

S：

0.850Kg

Zn：

1.733Kg

O：

1.697Kg

ZnSO4：

4.280Kg

3.余下的ZnO的量：

余下的ZnO中：

Zn：

23.069Kg

O：

5.643Kg

ZnO：

28.712Kg

将以上的计算结果汇编成表：

表1——2

烟尘物相成分表表1——2

物相组成

化学成分

Zn

Pb

Cu

Cd

Fe

S

CaO

MgO

SiO2

O

其他

Σ

ZnO

23.069

5.643

28.712

ZnO·Fe2O3

0.357

0.607

0.348

1.312

ZnS

0.405

0.199

0.604

ZnSO4

1.733

0.850

1.697

4.280

PbO·SiO2

0.625

0.181

0.048

0.854

CuO

0.094

0.024

0.118

CdO

0.102

0.014

0.116

Fe2O3

1.212

0.521

1.733

CaO

0.252

0.252

MgO

0.108

0.108

SiO2

0.516

0.516

其他

1.134

1.134

小计

25.564

0.625

0.094

0.102

1.818

1.049

0.252

0.108

0.697

8.295

1.134

39.740

%

64.33

1.57

0.24

0.26

4.57

2.64

0.63

0.27

1.75

20.87

2.85

99.98

（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yKg

1．各化学成分的计算：

Zn：

56.81Kg×55%=31.246Kg

Cd：

0.17Kg×40%=0.068Kg

Pb：

1.25Kg×50%=0.625Kg

Cu：

0.21Kg×55%=0.116Kg

Fe：

4.04Kg×55%=2.222Kg

MgO：

0.24Kg×55%=0.132Kg

CaO：

0.56Kg×55%=0.308Kg

SiO2：

1.55Kg×55%=0.852Kg

SS：

yKg×0.3%=0.003yKg

SSO4：

yKg×1.10%=0.0110yKg

其他：

2.52Kg×55%=1.386Kg

2．焙砂中的物相成分计算：

（1）ZnS的量：

S：

0.003yKg

Zn：

0.003yKg×MZn/MS

=0.003yKg×65.39÷32.07

=0.0061yKg

ZnS：

0.003yKg+0.0061Kg=0.0091yKg

（2）ZnSO4的量：

S：

0.011yKg

Zn：

0.011yKg×MZn/MS

=0.011yKg×65.39÷32.07

=0.0224yKg

O：

0.011yKg×4MO/MS

=0.011yKg×4×16.00÷32.07

=0.0220yKg

ZnSO4：

0.011yKg+0.0224yKg+0.0220yKg

=0.0554yKg

（3）ZnO·Fe2O3的量：

焙砂中的Fe2O3的量为：

2.2220Kg×[（3MO+2MFe）/2MFe]

=3.1770Kg

其中：

O为2.2220Kg×3MO/2MFe

=0.955Kg

则，与锌结合的Fe2O3的量为：

3.177Kg×40%=1.271Kg

其中，O为0.955Kg×40%=0.382Kg

ZnO·Fe2O3中ZnO的量为：

ZnO=1.271Kg×[（MO+MZn）/[（3MO+2MFe）]

=0.647Kg

其中，锌为0.520Kg，氧为0.127Kg

ZnO·Fe2O3的量：

1.271Kg+0.647Kg

=1.918Kg

（4）余下的Fe2O3的量：

3.177Kg—1.271Kg=1.906Kg

其中，Fe：

1.333Kg

O：

0.573Kg

（5）余下的ZnO的量：

余下的ZnO中：

Zn：

31.246—（0.0061y+0.0224y+0.520）

=30.726—0.0285yKg

O：

（30.726—0.0285y）Kg×MO/MZn

=7.518—0.0070yKg

ZnO：

（30.726—0.0285y）+（7.518—0.0070y）

=38.244—0.0355yKg

（6）CdO：

Cd：

0.068Kg

O：

0.068Kg×MO/MCd

=0.010Kg

CdO：

0.068Kg+0.010Kg=0.078Kg

（7）CuO：

Cu：

0.116Kg

O：

0.116Kg×MO/MCu

=0.029Kg

CuO：

0.116Kg+0.029Kg=0.145Kg

（8）PbO·SiO2：

Pb：

0.625Kg

O：

0.625Kg×MO/MPb

=0.048Kg

SiO2：

0.625Kg×（2MO+MSi）/MPb

=0.181Kg

PbO·SiO2：

0.625Kg+0.048Kg+0.181Kg

=0.854Kg

（9）余下的SiO2：

0.852Kg—0.181Kg

=0.671Kg

（10）CaO：

CaO：

0.308Kg

（11）MgO：

MgO：

0.132Kg

（12）其他：

其他：

1.386Kg

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+38.244—0.0355y+0.078+0.145+0.854+0.671+0.308+0.132+1.386）

解之，可得y=47.005Kg。

由以上的计算结果，即可求出：

ZnS的量：

S：

0.141Kg

Zn：

0.287Kg

ZnS：

0.428Kg

ZnSO4的量：

S：

0.517Kg

Zn：

1.053Kg

O：

1.034Kg

ZnSO4：

2.604Kg

余下的ZnO的量：

余下的ZnO中：

Zn：

29.386Kg

O：

7.189Kg

ZnO：

36.575Kg

将以上的计算结果汇编成表：

表1——3

焙砂的物相成分表表1——3

物相组成

化学成分

Zn

Pb

Cu

Cd

Fe

S

CaO