冶金厂设计-第3章课件

第三章冶金过程衡算§1、冶金过程衡算的目的和内容

白钨精矿

水HCl球磨酸分解过滤

湿钨酸

酸母液烘干过筛处理后排放

工业钨酸

冶金过程衡算定义:根据冶金工艺过程中的各个工序的物理和化学变化的基本原理,用数学分析的方法定量研究工艺过程中的物质的量的变化..第三章冶金过程衡算白钨精矿1一、目的：1、确定生产过程中各个工序的物料处理量，中间产物，产品量及三废排放量；2、确定原辅材料、燃料、水、电等的消耗量；3、为生产过程设备的选型、设计、台数及辅助工程的确定提供论据；4、为能量的提供和利用提供依据。5、为运输设备的选择提供计算依据.一、目的：5、为运输设备的选择提供计算依据.2二、冶金过程衡算内容

1、物料的合理成分计算确定物料中各种化学形态物质的百分数。如铜精矿的合理组成：根据含Cu,S,Pb,Zn含量计算：黄铜矿CuFeS2，辉铜矿Cu2S孔雀石Cu2(OH)2CO3，PbS,ZnS,FeS2等2、配料计算以特定的工艺出发，根据过程发生的化学反应及生产实际要求，计算处理一定量的原料所需要的其它试剂的量.二、冶金过程衡算内容.3

3、冶金过程有价成分平衡计算4、冶金过程物料平衡计算5、冶金过程能量平衡计算。6、电解过程电压平衡计算

..4

§2、冶金过程有价成分计算和物料平衡计算几个基本概念有价成分：是指原料中的主要金属。物料：指生产过程中所使用和产出的每一种物质。如：精矿、熔剂、燃料、水、空气、中间产品、废水、废气、废渣、最终产品、副产品等。有价成分衡算：计算主要金属在整个生产过程中的分配和流动情况。物料衡算：计算全部物料在整个生产过程中的分配和流动。.§2、冶金过程有价成分计算.5一、有价成分衡算和物料衡算的基本原则理论基础—质量守衡总原则—收支平衡ΣG入=ΣG产+ΣG损ΣG入—所有进料质量之和ΣG产—所有产物质量之和ΣG损—损失物料量二、有价成分衡算和物料衡算的基本步骤

（一）、收集数据

1）画出详细的工艺流程图2）确定工艺过程的技术条件如：温度、压力、分解率、脱硫率、炉渣成分、过剩系数、液固比等。.一、有价成分衡算和物料衡算的基本原则.6..73）各工序有价成分的损失率可返回损失率—本工序损失了，但可在其它工序进行回收。不可返回损失率—本工序损失了，再也不能回收。如：机械损失、飞扬损失、随废水、废渣、废气带走的损失。4）原料、各种中间产品、产品的化学成分、物相特征。5）设计工厂的原料处理量或产品产量。（二）确定计算方法（三）选择计算基准

质量基准—如：100Kg金属量，或原料量。时间基准—以一天的金属量或物料量。计算精确度为1%（四）进行有价成分和物料衡算（五）列出平衡表。（六）根据平衡表，对流程进行分析。.3）各工序有价成分的损失率.8三、有价成分衡算和物料衡算流程简图和衡算式

以反应器为计算体系：AB+RC-BP=RP以分离器为计算体系：RP+BP=P+V+W+RC以整个系统为计算体系：AB=P+W+V进料AB旁路BP反应器分离器产品P排放V副产品残渣W循环RCRP.三、有价成分衡算和物料衡算流程简图和衡算式以反应器为计算体9四、有价成分衡算和物料衡算技术指标的确定

有价成分的回收率Qn--n序的处理量（按物料中的有价成分数量计算）Pn--n工序的产量Xn--n工序的不可回收损失量Rn--n工序的可返回损失量

xn--n工序的不可返回损失率：xn=Xn/Qn×100%

rn--n工序的可返回损失率：rn=Rn/Qn×100%.四、有价成分衡算和物料衡算技术指标的确定.10

1、工序的直接回收率ηn(%)ηn=Pn/Qn×100%或ηn=1-xn-rn2、n工序的总回收率ηn’(%)ηn’=(Pn+P返)/Qn×100%或ηn=1-xn3、生产过程直接回收率η(%)η=P最终产品/Q原料×100%当工艺过程没有返料时,η=η1×η2×

…ηn

4、生产过程总回收率η’η’=(P产+P副)/Q原料×100%没有副产品时，η’=η有副产品时，η’>η

.1、工序的直接回收率ηn(%).11五、有价成分衡算和物料衡算的方法

1、工艺过程有没有返料2、所给原始数据是产品产量还是原料处理量(一)、工艺过程有没有返料Qnn工序XnPn1、已知Pn，从下向上算

ηn=1-xnQn=Pn/ηnXn=QnxnPn-1=QnQnn工序XnPnPn-1(n-1)工序.五、有价成分衡算和物料衡算的方法Qnn工序XnPn1、已知P12Qnn工序xnPnQn+1(n+1)工序

2、已知Qn，从上向下算

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、已知产品P0，由下向上算

工序Ⅳ：η4=1-x4-r4

Q4=P0/η4=P0/(1-x4-r4)R4=Q4r4,X4=Q4x4

.Qnn工序xnPnQn+1(n+1)工序2、已知Qn，从13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=Q1x1.工序Ⅲ:η3=100%-x3-r3142、已知物料处理量Q1假设产量为100kg，进行有价金属平衡计算，推算出工序1的物料处理量Q1’计算换算系数：K=Q1/Q1’计算各工序参数：Qn=KQn’Pn=KPn’Xn=Kxn’Rn=KRn’.2、已知物料处理量Q1.15..16(三)、有返料,但有的从后向前返，有的从前向后返

Q3=P2+P5+R4

IIIIIIIVBVQ1r4P0.(三)、有返料,但有的从后向前返，IIIIIIIVBVQ1r17..18..19

六:列出金属平衡表

七:根据平衡表,对流程进行分析

从金属平衡表可看出：

1、整个流程中金属是平衡的

最终产品金属量+损失金属量==进入流程的原料的金属量如书中P39表3-3

100+8.73=108.73(产品量)(不可返回损失)(原料中金属量)..20..212、可计算整个流程的直接回收率

η=100/108.74╳100%=91.95%3、根据原料中金属量可算出所需的精矿量

物料平衡计算在金属平衡计算基础上进行。

根据物料平衡表可知：1）进入各工序的各种物料和工序产出的各种物料2）每个工序物料是平衡的3）根据进入工序的物料处理量，可选择或进行设备的设计。物料平衡总图（P41，图3-7）..22..23..24年产5万吨电解铜的铜电解车间设计电解回收率99.8%，电铜品位99.98%，残极率15%.年产5万吨电解铜的铜电解车间设计电解回收率99.8%，电铜品25..26..27..28..29..30..31作业：已知P0，计算过程金属平衡，求过程直接回收率和总回收率（无副产品）Q原料IIIIIIIVP0x1x2x3x4r2r3工序直收率%x%r%198202980.51.539613

49910.作业：Q原料IIIIIIIVP0x1x2x3x4r2r3工序32计算以下工艺流程中转炉工序的直收率及回收率；反射炉工序的直收率及回收率.计算以下工艺流程中转炉工序的直收率及回收率；反.33

§３冶金过程能量平衡计算一、冶金过程能量平衡计算的目的和要求

1、用以确定外加能量，或需导走的能量，从而确燃料和电能的消耗量，及进行加热器或散热器的设计;2、余热利用和研究节能的可能途径二、冶金过程能量平衡计算的原则

理论基础：能量守衡定理原则：热收入=热支出先进行物料平衡计算,再进行能量平衡计算.§３冶金过程能量平衡计算.34三、能量平衡计算的步骤1、确定计算体系2、确定过程进行的各种工艺条件如：温度、压力、升温保温制度、加热方式3、准确的过程物料衡算数据4、确定过程中各物料之间发生的化学反应5、确定过程所使用的主体设备形状、尺寸、材料和炉方式6、选定能量衡算的基准温度7、计算热收入和热支出，列出能量守衡方程式。使：∑Q收入=∑Q支出8、列出能量平衡表，进行分析。

.三、能量平衡计算的步骤.35四、能量平衡计算的内容和能量平衡方程式的建立(一)、计算内容1、热收入，Q收1）过程参加反应物料的放热反应热效应Q反应（放）Gi—参加反应物料i的质量Kg△HiT—参加反应物料的摩尔反应热效应(kJ/mol)Mi—参加反应物料i的摩尔质量(g/mol).四、能量平衡计算的内容和能量平衡方程式的建立(一)、计算内容36

2)外加热:Q外燃料燃烧：Q外=GJ（kJ）G—燃料的质量（kg）J---燃料的燃烧热（kJ/kg）电炉供热：Q外=3600P0τ（KJ）P0—炉子正常工作的实际功率（KW）

τ—炉子作业时间（小时）3600—换算系数：1KW=3600kJ/小时3)进入反应设备的各种物料的物理显热

Q显热=GCt进炉温度(kJ)

Gi—物料的质量（Kg）C—物料的比热(kJ/Kg℃).2)外加热:Q外.374)预热空气的物理显热

Q显热=VCt温度(kJ)V—预热空气的体积（Kg）C—预热空气的比热(kJ/Kg℃).4)预热空气的物理显热.382、能量支出,Q支出1)、过程参加反应物料的吸热反应热Q反应（吸）2)、各种反应生成物（包括产品、炉渣、烟尘、烟气、水分蒸发等）带走的热量：Q产物

3)、烟气带走的热量Q烟

4)、水分蒸发热

.2、能量支出,Q支出.395)炉料由进炉温度加热到反应温度所需热量6）设备由室温加热到反应温度所需热量7）设备向周围散失的热量.5)炉料由进炉温度加热到反应温度所需热量.40(二)、建立能量守衡方程式

Q反应反应温度t2物料初始状态进料温度t1反应温度下的产物00C下产物

00C

Q反应.(二)、建立能量守衡方程式Q反应反应温度t2物料初始状态412、以00C为基准Q外+Q反应（放）+Q显热==Q反应（吸）+Q产物+Q设备+Q散

热收入热支出4-5-61、以反应温度为基准Q外+Q反应（放）==Q炉料+Q反应（吸）+Q设备+Q散

热收入热支出.4-5-61、以反应温度为基准.42五、冶金过程节能措施分析1、预热炉料2、强化燃料燃烧过程3、减少热损失4、充分利用精矿本身的热能和烟气.五、冶金过程节能措施分析.43

第三章冶金过程衡算§1、冶金过程衡算的目的和内容

白钨精矿

水HCl球磨酸分解过滤

湿钨酸

酸母液烘干过筛处理后排放

工业钨酸

冶金过程衡算定义:根据冶金工艺过程中的各个工序的物理和化学变化的基本原理,用数学分析的方法定量研究工艺过程中的物质的量的变化..第三章冶金过程衡算白钨精矿44一、目的：1、确定生产过程中各个工序的物料处理量，中间产物，产品量及三废排放量；2、确定原辅材料、燃料、水、电等的消耗量；3、为生产过程设备的选型、设计、台数及辅助工程的确定提供论据；4、为能量的提供和利用提供依据。5、为运输设备的选择提供计算依据.一、目的：5、为运输设备的选择提供计算依据.45二、冶金过程衡算内容

1、物料的合理成分计算确定物料中各种化学形态物质的百分数。如铜精矿的合理组成：根据含Cu,S,Pb,Zn含量计算：黄铜矿CuFeS2，辉铜矿Cu2S孔雀石Cu2(OH)2CO3，PbS,ZnS,FeS2等2、配料计算以特定的工艺出发，根据过程发生的化学反应及生产实际要求，计算处理一定量的原料所需要的其它试剂的量.二、冶金过程衡算内容.46

3、冶金过程有价成分平衡计算4、冶金过程物料平衡计算5、冶金过程能量平衡计算。6、电解过程电压平衡计算

..47

§2、冶金过程有价成分计算和物料平衡计算几个基本概念有价成分：是指原料中的主要金属。物料：指生产过程中所使用和产出的每一种物质。如：精矿、熔剂、燃料、水、空气、中间产品、废水、废气、废渣、最终产品、副产品等。有价成分衡算：计算主要金属在整个生产过程中的分配和流动情况。物料衡算：计算全部物料在整个生产过程中的分配和流动。.§2、冶金过程有价成分计算.48一、有价成分衡算和物料衡算的基本原则理论基础—质量守衡总原则—收支平衡ΣG入=ΣG产+ΣG损ΣG入—所有进料质量之和ΣG产—所有产物质量之和ΣG损—损失物料量二、有价成分衡算和物料衡算的基本步骤

（一）、收集数据

1）画出详细的工艺流程图2）确定工艺过程的技术条件如：温度、压力、分解率、脱硫率、炉渣成分、过剩系数、液固比等。.一、有价成分衡算和物料衡算的基本原则.49..503）各工序有价成分的损失率可返回损失率—本工序损失了，但可在其它工序进行回收。不可返回损失率—本工序损失了，再也不能回收。如：机械损失、飞扬损失、随废水、废渣、废气带走的损失。4）原料、各种中间产品、产品的化学成分、物相特征。5）设计工厂的原料处理量或产品产量。（二）确定计算方法（三）选择计算基准

质量基准—如：100Kg金属量，或原料量。时间基准—以一天的金属量或物料量。计算精确度为1%（四）进行有价成分和物料衡算（五）列出平衡表。（六）根据平衡表，对流程进行分析。.3）各工序有价成分的损失率.51三、有价成分衡算和物料衡算流程简图和衡算式

以反应器为计算体系：AB+RC-BP=RP以分离器为计算体系：RP+BP=P+V+W+RC以整个系统为计算体系：AB=P+W+V进料AB旁路BP反应器分离器产品P排放V副产品残渣W循环RCRP.三、有价成分衡算和物料衡算流程简图和衡算式以反应器为计算体52四、有价成分衡算和物料衡算技术指标的确定

有价成分的回收率Qn--n序的处理量（按物料中的有价成分数量计算）Pn--n工序的产量Xn--n工序的不可回收损失量Rn--n工序的可返回损失量

xn--n工序的不可返回损失率：xn=Xn/Qn×100%

rn--n工序的可返回损失率：rn=Rn/Qn×100%.四、有价成分衡算和物料衡算技术指标的确定.53

1、工序的直接回收率ηn(%)ηn=Pn/Qn×100%或ηn=1-xn-rn2、n工序的总回收率ηn’(%)ηn’=(Pn+P返)/Qn×100%或ηn=1-xn3、生产过程直接回收率η(%)η=P最终产品/Q原料×100%当工艺过程没有返料时,η=η1×η2×

…ηn

4、生产过程总回收率η’η’=(P产+P副)/Q原料×100%没有副产品时，η’=η有副产品时，η’>η

.1、工序的直接回收率ηn(%).54五、有价成分衡算和物料衡算的方法

1、工艺过程有没有返料2、所给原始数据是产品产量还是原料处理量(一)、工艺过程有没有返料Qnn工序XnPn1、已知Pn，从下向上算

ηn=1-xnQn=Pn/ηnXn=QnxnPn-1=QnQnn工序XnPnPn-1(n-1)工序.五、有价成分衡算和物料衡算的方法Qnn工序XnPn1、已知P55Qnn工序xnPnQn+1(n+1)工序

2、已知Qn，从上向下算

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、已知产品P0，由下向上算

工序Ⅳ：η4=1-x4-r4

Q4=P0/η4=P0/(1-x4-r4)R4=Q4r4,X4=Q4x4

.Qnn工序xnPnQn+1(n+1)工序2、已知Qn，从56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=Q1x1.工序Ⅲ:η3=100%-x3-r3572、已知物料处理量Q1假设产量为100kg，进行有价金属平衡计算，推算出工序1的物料处理量Q1’计算换算系数：K=Q1/Q1’计算各工序参数：Qn=KQn’Pn=KPn’Xn=Kxn’Rn=KRn’.2、已知物料处理量Q1.58..59(三)、有返料,但有的从后向前返，有的从前向后返

Q3=P2+P5+R4

IIIIIIIVBVQ1r4P0.(三)、有返料,但有的从后向前返，IIIIIIIVBVQ1r60..61..62

六:列出金属平衡表

七:根据平衡表,对流程进行分析

从金属平衡表可看出：

1、整个流程中金属是平衡的

最终产品金属量+损失金属量==进入流程的原料的金属量如书中P39表3-3

100+8.73=108.73(产品量)(不可返回损失)(原料中金属量)..63..642、可计算整个流程的直接回收率

η=100/108.74╳100%=91.95%3、根据原料中金属量可算出所需的精矿量

物料平衡计算在金属平衡计算基础上进行。

根据物料平衡表可知：1）进入各工序的各种物料和工序产出的各种物料2）每个工序物料是平衡的3）根据进入工序的物料处理量，可选择或进行设备的设计。物料平衡总图（P41，图3-7）..65..66..67年产5万吨电解铜的铜电解车间设计电解回收率99.8%，电铜品位99.98%，残极率15%.年产5万吨电解铜的铜电解车间设计电解回收率99.8%，电铜品68..69..70..71..72..73..74作业：已知P0，计算过程金属平衡，求过程直接回收率和总回收率（无副产品）Q原料IIIIIIIVP0x1x2x3x4r2r3工序直收率%x%r%198202980.51.539613

49910.作业：Q原料IIIIIIIVP0x1x2x3x4r2r3工序75计算以下工艺流程中转炉工序的直收率及回收率；反射炉工序的直收率及回收率.计算以下工艺流程中转炉工序的直收率及回收率；反.76

§３冶金过程能量平衡计算一、冶金过程能量平衡计算的目的和要求

1、用以确定外加能量，或需导走的能量，从而确燃料和电能的消耗量，及进行加热器或散热器的设计;2、余热利用和研究节能的可能途径二、冶金过程能量平衡计算的原则

理论基础：能量守衡定理原则：热收入=热支出先进行物料平衡计算,再进行能量平衡计算.§３冶金过程能量平衡计算.77三、能量平衡计算的步骤1、确定计算体系2、确定过程进行的各种工艺条件如：温度、压力、升温保温制度、加热方式3、准确的过程物料衡算数据4、确定过程中各物料之间发生的化学反应5、确定过程所使用的主体设备形状、尺寸、材料和炉方式6、选定能量衡算的基准温度7、计算热收入和热支出，列出能量守衡方程式。使：∑Q收入=∑Q支出8、列出能量平衡表，进行分析。

.三、能量平衡计算的步骤.78四、能量平衡计算的内容和能量平衡方程式的建立(一)、计算内容1、热收入，Q收1）过程参加反应物料的放热反应热效应Q反应（放）Gi—参加反应物料i的质量Kg△HiT—参加反应物料的摩尔反应热效应(kJ/mol)Mi—参加反