1、. 第三章第三章 冶金过程衡算冶金过程衡算 1、冶金过程衡算的目的和内容、冶金过程衡算的目的和内容 白钨精矿白钨精矿 水水HCl 球磨球磨 酸分解酸分解 过滤过滤 湿钨酸湿钨酸 酸母液酸母液 烘干过筛烘干过筛 处理后排放处理后排放 工业钨酸工业钨酸 冶金过程衡算定义冶金过程衡算定义: :根据冶金工艺过程中的各个工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序的物理和化学变化的基本原理理, ,用数学分析的方法定量研用数学分析的方法定量研究工艺过程中的物质的量的变究工艺过程中的物质的量的变化化. .一、目的：一、目的：1、确定生产过程中各个工序的物料处理量，中、确定生产过程中各个工序的物料
2、处理量，中间产物，产品量及三废排放量；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；、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、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；工程的确定提供论据；4、为能量的提供和利用提供依据。、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、为运输设备的选择提供计算依据.二、冶金过程衡算内容二、冶金过程衡算内容 1、物料的合理成分计算、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。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：根据含如铜精矿的合理组成：根
3、据含Cu,S,Pb,Zn含量计算：含量计算：黄铜矿黄铜矿CuFeS2，辉铜矿，辉铜矿Cu2S 孔雀石孔雀石Cu2(OH)2CO3，PbS,ZnS,FeS2等等 2、配料计算、配料计算以特定的工艺出发，根据过程发生的化学反应及以特定的工艺出发，根据过程发生的化学反应及 生产生产实际要求，计算处理一定量的原料所需要的其它试剂实际要求，计算处理一定量的原料所需要的其它试剂的量的量. 3、冶金过程有价成分平衡计算、冶金过程有价成分平衡计算 4、冶金过程物料平衡计算、冶金过程物料平衡计算 5、冶金过程能量平衡计算。、冶金过程能量平衡计算。 6、电解过程电压平衡计算、电解过程电压平衡计算 . 2 2、冶金
4、过程有价成分计算、冶金过程有价成分计算 和物料平衡计算和物料平衡计算几个基本概念几个基本概念有价成分有价成分：是指原料中的主要金属。：是指原料中的主要金属。物料物料：指生产过程中所使用和产出的每一种物质。：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、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。废水、废气、废渣、最终产品、副产品等。有价成分衡算有价成分衡算：计算主要金属在整个生产过程中的分：计算主要金属在整个生产过程中的分 配和流动情况。配和流动情况。物料衡算：物料衡算：计算全部物料在整个生产过程中的分配和计算全部物料在
5、整个生产过程中的分配和 流动。流动。.一、一、有价成分衡算和物料衡算的基本原则有价成分衡算和物料衡算的基本原则理论基础理论基础质量守衡质量守衡总原则总原则收支平衡收支平衡G入入=G产产+G损损G入入所有进料质量之和所有进料质量之和G产产所有产物质量之和所有产物质量之和G损损损失物料量损失物料量二、二、有价成分衡算和物料衡算的基本步骤有价成分衡算和物料衡算的基本步骤 （一）、收集数据（一）、收集数据 1）画出详细的工艺流程图画出详细的工艺流程图 2）确定工艺过程的技术条件确定工艺过程的技术条件如：温度、压力、分解率、脱硫率、炉渣成如：温度、压力、分解率、脱硫率、炉渣成分、过剩系数、液固比等。分、
6、过剩系数、液固比等。.3）各工序有价成分的损失率）各工序有价成分的损失率可返回损失率可返回损失率本工序损失了，但可在其它工序进行本工序损失了，但可在其它工序进行回收。回收。不可返回损失率不可返回损失率本工序损失了，再也不能回收。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、废气带走如：机械损失、飞扬损失、随废水、废渣、废气带走的损失的损失。4）原料、各种中间产品、产品的化学成分、物相特征。）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。）设计工厂的原料处理量或产品产量。（二）确定计算方法（二）确定计算方法（三）选择计算基准（三）选择计算基
7、准 质量基准质量基准如：如：100Kg金属量，或原料量。金属量，或原料量。 时间基准时间基准以一天的金属量或物料量。以一天的金属量或物料量。 计算精确度为计算精确度为1%（四）进行有价成分和物料衡算（四）进行有价成分和物料衡算（五）列出平衡表。（五）列出平衡表。（六）根据平衡表，对流程进行分析。（六）根据平衡表，对流程进行分析。.三、有价成分衡算和物料衡算流程简图和衡算式三、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：以反应器为计算体系： AB+RC-BP=RP 以分离器为计算体系：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：以整个系统为计算体系：A
8、B=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.四、有价成分衡算和物料衡算技术指标的确定四、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）序的处理量（按物料中的有价成分数量计算） Pn-n工序的产量工序的产量 Xn-n工序的不可回收损失量工序的不可回收损失量 Rn-n工序的可返回损失量工序的可返回损失量 xn-n工序的不可返回损失率：工序的不可返回损失率：xn=Xn/Qn100% rn-n工序的可返回损失率：工序的可返回损失率：rn=Rn/Qn100%. 1、工序的直接回收率、工序的直接回
9、收率n(%) n =Pn/Qn100% 或或n =1-xn-rn2、 n工序的总回收率工序的总回收率n (%) n=(Pn+P返返)/Qn100% 或或n = 1-xn3、生产过程生产过程直接回收率直接回收率(%) =P最终产品最终产品/Q原料原料100% 当工艺过程没有返料时当工艺过程没有返料时, =12 n 4、生产过程生产过程总回收率总回收率 =(P产产+P副副)/Q原料原料100% 没有副产品时，没有副产品时，= 有副产品时，有副产品时， .五、五、有价成分衡算和物料衡算的方法有价成分衡算和物料衡算的方法 1、工艺过程有没有返料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
10、量所给原始数据是产品产量还是原料处理量( (一一) )、工艺过程有没有返料、工艺过程有没有返料Qnn工序工序XnPn1、已知已知PnPn，从下向上算，从下向上算 n n=1-=1-xn n Q Qn n=P=Pn n/n n X Xn n=Q=Qn nxn n P Pn-1n-1=Q=Qn nQnn工序工序XnPnPn-1(n-1)工序工序.Qnn工序工序xnPnQn+1(n+1)工序 2、已知已知 Q Qn n，从上向下算，从上向下算 n n=1-=1-xn n P Pn n = Q = Qn nn n X Xn n=Q=Qn nxn n Q Qn+1n+1=P=Pn n Q1Ix1IIx2
11、IIIx3r4x4r3IVP0( (二）有返料，但返料都是由二）有返料，但返料都是由 流程的后面往前返流程的后面往前返 1、已知产品已知产品P P0 0，由下向上算，由下向上算 工序工序：4 4=1-=1-x4 4- -r4 4 Q Q4 4=P=P0 0/4 4=P=P0 0/(1-/(1-x4 4- -r4 4) ) R R4 4=Q=Q4 4r4 4, , X X4 4=Q=Q4 4x4 4 .工序工序: 3 3=100%-=100%-x3 3- -r3 3 P P3 3=Q=Q4 4 Q Q3 3= P= P3 3/3 3 = Q = Q4 4/(1-/(1-x3 3- -r3 3)
12、) R R3 3=Q=Q3 3r3 3, X, X3 3=Q=Q3 3x3 3 工序工序: 2 2=1-=1-x2 2 P P2 2=Q=Q3 3-R-R4 4 Q Q2 2= P= P2 2/2 2 =(Q =(Q3 3-R-R4 4)/)/22 X X2 2=Q=Q2 2x2 2 R R2 2=0=0工序工序: 1 1=1-=1-x1 1, , P P1 1=Q=Q2 2-R-R3 3 Q Q1 1= P= P1 1/1 1 =(Q =(Q2 2-R-R3 3)/(1-)/(1-x1 1) ) R R1 1=0 , X=0 , X1 1=Q=Q1 1x1 1.v2、已知物料处理量、已知物料
13、处理量Q1假设产量为假设产量为100kg，进行有价金属平衡计算，推算出工序，进行有价金属平衡计算，推算出工序1的物的物料处理量料处理量Q1计算换算系数：计算换算系数：K=Q1/Q1计算各工序参数：计算各工序参数： Qn=KQn Pn=KPn Xn=Kxn Rn=KRn.v(三三)、有返料、有返料,但有的从后向前返，但有的从后向前返， 有的从前向后返有的从前向后返 Q3=P2+P5+R4 IIIIIIIVBVQ1r4P0. 六六: :列出金属平衡表列出金属平衡表 七七: :根据平衡表根据平衡表, ,对流程进行分析对流程进行分析 从金属平衡表可看出：从金属平衡表可看出： 1、整个流程中金属是平衡的
14、整个流程中金属是平衡的 最终产品金属量最终产品金属量+ +损失金属量损失金属量 =进入流程的原料的金属量进入流程的原料的金属量 如书中如书中P39P39表表3-33-3 100 + 8.73 = 108.73 (产品量产品量) (不可返回损失不可返回损失) (原料中金属量原料中金属量).2、可计算整个流程的直接回收率可计算整个流程的直接回收率 =100/108.74=100/108.74 100%=91.95%100%=91.95%3、根据原料中金属量可算出所需的精矿量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
15、可知：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，可选择或进行设备根据进入工序的物料处理量，可选择或进行设备 的设计。的设计。 物料平衡总图（物料平衡总图（P41P41，图，图3-73-7）.年产年产5 5万吨电解铜的铜电解车间设计万吨电解铜的铜电解车间设计电解回收率电解回收率99.8%，电铜品位，电铜品位99.98%，残极率，残极率15%.作业：作业：已知已知P P0 0，计算过程金属平衡，求过程直接回收率和总回收率，计算过程金属平衡，求过程直接回收率和总回收
16、率（无副产品）（无副产品）Q Q原料原料IIIIIIIVP0 x1x2x3x4r2r3工序工序 直收率直收率% x% r% 1 98 2 0 2 98 0.5 1.5 3 96 1 3 4 99 1 0.计算以下工艺流程中转炉工序的直收率及回收率；反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射炉工序的直收率及回收率. 冶金过程能量平衡计算冶金过程能量平衡计算一、一、冶金过程能量平衡计算的目的和要求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、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燃料和电能
17、的消耗量，及进行加热器或散热器 的设计的设计; 2、余热利用和研究节能的可能途径、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二、冶金过程能量平衡计算的原则 理论基础：能量守衡定理理论基础：能量守衡定理 原则：热收入原则：热收入=热支出热支出 先进行物料平衡计算先进行物料平衡计算,再进行能量平衡计算再进行能量平衡计算.三、能量平衡计算的步骤三、能量平衡计算的步骤 1、确定计算体系、确定计算体系 2、确定过程进行的各种工艺条件、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、准确的过程物料衡算数据
18、 4、确定过程中各物料之间发生的化学反应、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、确定过程所使用的主体设备形状、尺寸、材料和料和 炉方式炉方式6、选定能量衡算的基准温度、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。、计算热收入和热支出，列出能量守衡方程式。 使：使：Q收入收入=Q支出支出8、列出能量平衡表，进行分析。、列出能量平衡表，进行分析。 .四、能量平衡计算的内容和能量平衡方程式的建立四、能量平衡计算的内容和能量平衡方程式的建立(一一)、计算内容、计算内容 1、热收入，、热收入，Q收收1）过程参加反应物料的放热反应热效应）过程
19、参加反应物料的放热反应热效应Q反应（放）反应（放）Gi参加反应物料参加反应物料i的质量的质量KgHiT参加反应物料的摩尔反应热效应参加反应物料的摩尔反应热效应(kJ/mol)Mi参加反应物料参加反应物料i的摩尔质量的摩尔质量(g/mol)(/1013kJMHGQiniiTi反应TpTdTCHH298298. 2)外加热外加热:Q外外 燃料燃烧：燃料燃烧：Q外外=GJ（kJ） G燃料的质量（燃料的质量（kg） J-燃料的燃烧热（燃料的燃烧热（kJ/kg） 电炉供热：电炉供热：Q外外=3600P0（KJ） P0炉子正常工作的实际功率（炉子正常工作的实际功率（KW） 炉子作业时间（小时）炉子作业时间
20、（小时） 3600换算系数：换算系数：1KW=3600kJ/小时小时3)进入反应设备的各种物料的物理显热进入反应设备的各种物料的物理显热 Q显热显热=GCt进炉温度进炉温度 (kJ) Gi物料的质量（物料的质量（Kg） C物料的比热物料的比热(kJ/Kg).4)预热空气的物理显热预热空气的物理显热 Q显热显热=VCt温度温度 (kJ) V预热空气的体积（预热空气的体积（Kg） C预热空气的比热预热空气的比热(kJ/Kg).2、能量支出、能量支出,Q支出支出1)、过程参加反应物料的吸热反应热、过程参加反应物料的吸热反应热Q反应（吸）反应（吸）2)、各种反应生成物（包括产品、炉渣、烟尘、烟气、各种
21、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：水分蒸发等）带走的热量：Q产物产物 3)、烟气带走的热量、烟气带走的热量Q烟烟 4)、水分蒸发热水分蒸发热 )(1kJtCGQniii产)(1kJtCVQniipi烟)()()(2132101KJVCtCtGqCttGQ蒸.5)炉料由进炉温度加热到反应温度所需热量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）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）设备向周围散失的热量)(进炉反应料ttGCQ)(室反应设备ttGCQ)(kJttFQwT（损失wt05. 08T.(二二)、建立能量守衡方
22、程式建立能量守衡方程式 Q反应反应反应温度反应温度t2物料初始状态物料初始状态 进料温度进料温度t1反应温度下的产物反应温度下的产物00C下产物下产物 00C Q反应反应.2、以以0 00 0C C为基准为基准 Q Q外外+Q+Q反应（放）反应（放）+Q+Q显热显热= Q= Q反应（吸）反应（吸）+Q+Q产物产物+Q+Q设备设备+Q+Q散散 热收入热收入 热支出热支出4-5-6 1、以反应温度为基准、以反应温度为基准 Q外外+Q反应（放）反应（放）=Q炉料炉料+Q反应（吸）反应（吸）+Q设备设备+Q散散 热收入热收入 热支出热支出.五、冶金过程节能措施分析五、冶金过程节能措施分析1、预热炉料、预热炉料2、强化燃料燃烧过程、强化燃料燃烧过程3、减少热损失、减少热损失4、充分利用精矿本身的热能和烟气、充分利用精矿本身的热能和烟气
