Оборудование стадии синтеза карбамида. Расходн. коэф-ты на 1 т карбамида. Технолог. особен-ти произв-ва карбамида
Технологические особенности: 1) протекание обратимых и медленных р-ии в р-ре. 2) используется газообр-е и жидкое сырье, твердые отходы не обр-ся, т.е. производство экологически чистое. 3) прим-ся высокие Р и повышенные Т при синтезе аммиака, Кт не используется. 4) низкая степень превращения сырья в продукт за один проход, поэтому в схеме предусмотрен рецикл с целью повторного использов-я не прореагировавшего сырья. 5)образ-ся коррозионно-агрессивные среды, поэтому ап-ты подвергаются спец. защите. 6) гранулирование продукта по методу приллирования в высокой гранбашне. 7) благодаря использованию СО2 - отхода произв-ва аммиака созд-ся предпосылки для низк. себест-ти продукта. Расходные коэф.:1. Аммиак, кг: 575; 2. Диоксид углерода, кг: 750; 3. электроэнергия, кВт*ч: 120; 4. охлаждающая вода при 250С (Δt = 110С), м3: 55; 5. пар высокого давления (2,5 мПа), т: 1,05; 6. пар низкого давления (0,3 мПа), отход, т: 0,35. Аппар-е оформл-е узла синтеза вкл-т в себя колонну синтеза, стриппер, конденсатор ВД и скруббер ВД. Колонна синтеза - цилиндрический аппарат высокого давления. Работает как аппарат идеального вытеснения. Цилиндр-й корпус, сферическое днище и крышка защищены изнутри слоем коррозионно – устойчивой высоколегированной стали 08Х18Н12М3Т или 06Х23Н28М3Д3Т толщиной 6 мм. Реакц-я смесь подвод-ся в колонну снизу и отвод-ся через переливную воронку из верхней части. Для улучш-я гидродинамич-го режима колонна оборудована ситчат. тарелками и в нижн. части – внутр-м устр-вом, что увелич-т степ. конт-та жид. и газ. фазы. Каждая из тарелок работает в режиме идеального смешения. Стриппер - вертикальный, кожухотрубный т/о пленочного типа. В верхн.части им-ся распределительное устр-во, обеспечивающее пленочный хар-р движения ж-ти по трубкам. Работает по принципу противотока: жид. фаза тонкой пленкой стекает по трубкам вниз, а газ. фаза – противотоком подним-ся снизу вверх. В межтрубное простр-во подается пар Р 1,7 – 2,06 МПа, с к-м подводится необходимое кол-во тепла для разлож-я карбамата аммония в токе свежего СО2 на аммиак и диоксид углерода. Конденсатор высокого давления – вертикальный цилиндрический кожухотрубный т/о, в трубках к-го происходит хим. р-ция образования карбамата аммония. В конденсатор поступает 2 потока: газовый (из стриппера) и жидкостный. В верхней части ап-та имеется смесительная камера исх. комп-в. Р процесса 14 МПа, Т 165 – 1700С. Тепло р-ции образов-я карбамата аммония отводится естественной циркуляцией паров. конденсата через сепараторы. Обр-ся в межтруб-м простр-ве пар НД, исп-ся на технолог. нужды. Скруббер высокого давления состоит из т/о-й и сепарирующей части. В сепарирующей части происходит разделение реакционной смеси, поступающей из колонны. Т/о-я часть оборудована центральной трубой, по к-й обеспечив-ся циркуляция р-ра в трубном пространстве и тем самым повышается эф-ть теплообмена. В скруббере газы из колонны синтеза, смешиваясь с р-ром углеаммонийных солей частично конденсируются и поглощаются карбаматом. Тепло поглощения NH3 и CO2 углеаммонийными солями отводится охлаждающим конденсатом, подаваемым в межтрубное простр-во. Норм. работу скруббера обеспеч-т циркуляция конденсата с Т на входе н. м. 1000С и перепадом Т по выходу и входу не менее 80С. Газовая фаза, пройдя слой насадки скруббера, смешиваясь в эжекторе с воздухом, выбрасыв-ся в атм. Перед эжектором газы анализируются автоматич. анализатором на содерж-е аммиака. Степень очистки газов в скруббере по аммиаку составляет 99,7 %.
36. ТС-ы получения карбамида. Все изв-е схемы пр-ва карбамида из NH3 и СО2 разделены на 5 групп: 1) Процессы без рецикла (с переработкой NH3, а иногда и СО2, в соли аммония).Газообр-й СО2 компрессором сжим-ся до 150 ат, подогрев-ся до 200° С и на медно-никелевом Кт освобожд-ся от кислорода. Далее конденсир-ся и смешив-ся со сжатым до 150 ат жид. NH3, подаваемым в избытке. Тепло обр-я карбамата аммония отвод-ся в реакторе. В нем поддержив-ся Р 130 ат и Т 160°С; Охлажден.плав направл-ся в 5 послед-но соедин-х автоклавов, обогрев-х паром. Здесь в теч-е 2 ч при 160-1700С и Р 100 ат около 50% карбамата аммония превращ-ся в карбамид. Выпарка осущ-ся в 2 ступени. Концентр-я р-ра увел-ся в 1 от 72 до 80% и во 2 до 93%. Р-р после выпарки направл-ся в сборник. Получ-й порошок падает на транспортер и перед-ся в СБ. Газы из сепаратора и соковый конденсат, обр-ся при выпарке, направл-ся в башню, орошаемую СК-й, для получения р-ра сульфата аммония. Основной «-»: низкая степ. использов-я сырья (30-35% NH3,45—50% СО2). 2) Пр-сы с частичным рециклом аммиака. Основ. на возврате NH3. Осн.отлич-ем схемы от проц. без рецикла явл-ся 2-хступенчат. дросселир-е и дистилляция плава, получ-го в колонне синтеза. При этом в 1 ступ. дистилляции поддержив-ся такое Р, к-е позвол-т конденсировать выделив-ся NH3 охлажд-ем водой. Р во 2 ступ.приближ-ся к атм-му. Газообр-й СО2 сжим-ся до 200 ат и нагнетается во внутр-й стакан колонны синтеза. Сюда же подается NH3. Свежий NH3 нагнетается в зазор между стаканом и корпусом колонны. В колонне поддержив-ся 200 ат и t 185-200 С. Плав, вых-й из колонны синтеза подверг-ся дистилляции. В колонне дистилляции происх-т выдел-е из плава избыт. аммиака и разлож-е карбамата аммония. Пары NH3 с t 50—60°С направл-ся для сжиж-я в 2 конденсатора. Жид. NH3 возвращ-ся в колонну синтеза. Раствор карбамида из колонны дистилляции, частично освобожденный от NH3, дросселируется до 1,5—1,7 ат и подается на тарелку колонны дистилляции, сюда же подается р-р углеаммонийных солей. Р-р с тарелки подается в кипятильник и возвращ-ся в нижнюю часть колонны, где происходит разложение карбамата аммония и отгонка СО2 и NH3 в газовую фазу, к-я направл-ся в скруббер-нейтрализатор для получ-я р-ра нитрата аммонии. Р-р, содерж-й 70—80% карбамида подается в кипятильник выпарного ап-та, где упарив-ся до 99,5-99,8%. «+» по сравнению с пр-м без рецикла позволяют повысить степ. превращя NH3 в карбамид. 3) Пр-сы с рециркуляцией горячих газов. Аммиак и СО2 отгоняются из плава при атм-м Р и t 60°С направл-ся в абсорбер, где поглощ-ся аммиачной водой. Получ-й р-р углеаммонийных солей, содерж-й 20% NН3 и 15—16% СО2, сжим-ся до 150 ат и подается через т/о и подогреватель в колонну ректификации. Здесь в газовую фазу отгоняются NH3 и СО2. Газовая фаза после дефлегматора направл-ся через холод-к в автоклав для синтеза карбамида, а аммиачная вода, вытекающая из нижней части ректифик-й колонны через т/о подается на орошение абсорбера. Свежие NH3 и СО2 смешив-ся с циркулир-м газом перед реак-ром карбамата. Способ вследствие высоких энергетич. затрат промышл. распространения не получил. 4) Пр-сы с рециркуляцией углеаммонийных солей в р-ре или в виде суспензии (жидкостный рецикл). Процессы производства карбамида с полным рециклом углеаммонийных солей нашли широкое примен-е в пром-ти. Рассмотрим схему "Стамикарбон": Стиппинг-процесс основан на принципе разложения карбомата непрореагировавшего в карбамид, за счет интенсивной продувки р-ра диоксидом углерода. В аппарате отдувки (стриппере) используется то же Р, что и в колонне синтеза. СО2 сжатый до 14,5 – 15,2 МПа компрессором подают в стриппер, где происх-т разлож-е оставш-ся после колонны синтеза карбамата аммония на аммиак и СО2 по р-ии: NH2CO2NH4 →2 NH3+CO2, ΔH = -125.6 кДж. Из стриппера газ. фаза (NH3+CO2) поступ-т в конденсатор выс. Р, в к-м происх-т образов-е NH2CO2NH4. Для осуществления р-ии в условиях избытка аммиака в конденсатор подают жидкий аммиак, через инжектор высокого давления. Образовавшийся р-р карбомата аммония из конденсатора, подают в колонну синтеза, где 50 – 68 % карбомата аммония превр-ся в карбамид по р-ии: NH2СООNH4(ж) ↔ CO(NH2)2(ж) + H2O (ж); ΔН = 15,5кДж. Р-р из реактора состоящий из карбамида, карбомата аммония, аммиака и воды, поступает в стриппер, где при 170–190 0С и 14,3 – 15,2 МПа и благодаря интенсивному перемешиванию барботирующим СО2 происходит разложение карбомата, после стриппера р-р карбамида поступает в ректификационную колонну, в нижней части она имеет т/о обогреваемый паром, здесь при 130–1400С и 0,25 МПа происходит разложение оставшегося карбомата и отгон из р-ра аммиака и СО2. Тепло необход-е для разложения карбомата аммония обеспечив-ся подачей пара в т/о, р-р выходящий из разлогателя подают, через сепаратор на упарку, газовая фаза поступает в конденсатор, полученный р-р из сборника подают в скруббер выс. Р. Из него р-р поступает в реактор. Газ. фаза из скруббера проходит 3-хступенчатую кислую промывку где окончат-но очищ-ся от аммиака, очищ-е газы из скруббера выбрасываются в атм. Р-р карбамида (м.д.73 – 75 %) подается в отделение 2-х ступенчатой упарки, после выпарки упаренный р-р (плав) подают на грануляцию, готовый гранулированный карбамид (гранулы 1 – 4 мм) поступает на склад и затем на отгрузку потребителям. 5) Пр-сы, основанные на селективном извлечении из газовой фазы 1 из комп-в и раздельном возврате NH3 и СО2 в цикл (газовый рецикл). Основан на избирательном поглощении аммиака водным р-ром нитрата аммония и карбамида. NH3 и СО2 под Р=170—210 ат подаются в реактор (160—190°С); образующийся пар используется в дальнейшем для разлож-я карбамата аммония. Плав из реактора дросселир-ся до 4,5—21 ат и поступ-т в трубчатый т/о, обогреваемый паром. Происходит частичное разлож-е карбамата аммония, после чего газовая фаза отделяется от жидкой в сепараторе. Жидкая фаза снова дросселир-ся для разлож-я остав-ся карбамата аммония. Очищ-й от карбамата аммония р-р карбамида конц-и 80—90% поступает либо на приготовление жид. удобрений, либо перерабатывается в гранулированный продукт. В последнем случае раствор упаривается до концентрации 99% в выпарном аппарате; плав подвергается грануляции.
Вопрос №37: Пр-во ам. селитры. Сырье и требов-я к кач-ву продукц-й ам. селитры. Ф-х св-ва нитрата аммония. Слеживаемость продукта и способы ее устранения. Расх. Коэф-ты на 1 т ам селитры. NH4NО3 – распростр-е азотное удобрение, содержащее 34,4 % масс. азота в аммонийной и нитратной формах. Ам. селитра вырабатыв-ся в соответствии с требованиями ГОСТ 2-85. В качестве сырья используется аммиак и азотная кислота. Требования к качеству АС: Согласно ГОСТ 2-85 АС выпускают двух марок: А – для промышленности, Б – для с/х. Высшая категория качества АС марки Б должна соответствовать следующим нормам: М.д. азота, % не менее …….34,4 М.д. одной из след. Добавок, % - сульфата аммония …………….0,3-0,7 - нитрата магния в пересчете на МgO.0,2-0,5 - фосфатов в пересчете на Р2О5.0,5-1,2 3. М.д. воды методом сушки, % не более ….0,3 4. рН 10 % водного р-ра, не менее…..5 5. Гранулометрический состав, м.д. гранул: от 1 до 4 мм, % н.м…….95, от 2 до 3 мм, % н.м……50 менее 1 мм, % н.б……… 3, более 6 мм, % не более……0 6. Статическая прочность гранул, г/гранулу, не менее.700 7. Рассыпчатость, % не иене ………100 Основные ф-х св-ва АС: Внешний вид – гранулированный продукт без посторонних механических примесей. Молярная масса – 80,04 г/моль, кг/кмоль. Плотность т/м3: Истинная – 1,69-1,73, Насыпная - ~ 1,16. Температура плавления, оС – 169,6. Теплота плавления, кДж/кг -73,21 В основе технологии АС лежит р-ция нейтрализации. HNO3+NH3 →NH4NO3, ΔH = -146,49 кДж (1) Твердый NH4NO3 в зависимости от Т сущ-ет в 5 кристаллических модификациях т/д устойчивых при атмосф. Р. Каждая модификация сущ-ет в определ. обл-ти температур и переход одной модификации в другую сопровождается изменениями кристаллической стр-ры, выделение (поглоще-нием) тепла, скачкообразным измен-ем удельного объема и теплоем-ти. Полиморфные переходы обратимы. В табл. приведены Т полиморфных превращ-й NH4NO3 и происход-е при этом измен-я удельн. объема.
Температурные границы и скорость взаимопревращений модификаций для NH4NO3 несколько отл-ся от табличных данных для NH4NO3, в зависимости от влажности селитры и наличия в ней примесей. Нитрат аммония очень хорошо растворим в воде. Растворение нитрата аммония в воде протекает с поглощением большого кол-ва тепла. Нитрат аммония весьма гигроскопичен. Гигроскопические точки нитрата аммония при разных температурах следующие.
АС сильно слеживается. По р-ции (1) получается р-р NH4NO3, выпаркой к-го при Т выше Т его кристаллизации воду можно удалить практически полностью и р-р превратить в расплавленную соль (расплав - плав). Гигроскопичность нитрата аммония и скорость поглощения им влаги из воздуха как правило увеличиваются при добавке растворимых неорг-х солей. Из-за большой раствор-ти в воде, гигроскопичности и полиморфных превращ-й нитрат аммония сильно слежив-ся и теряет рассыпчатость, что затрудняет его применение. Исп-ют следующие средства борьбы со слеживаемостью: · Выпуск продукта в гранулированном виде, вместо порошкообразного, с минимальным содержанием влаги (не более 0,25%) и максимальным охлаждением гранул. Охлаждение необходимо для образования формы IV стабильной при температуре ниже 32,2 оС. · Применение кондиционирующих добавок, вводимых в р-р нитрата аммония до его кристаллизации. Такими добавками явл-ся нитрат магния, смесь нитратов кальция и магния, сульфат аммония, смесь фосфорной и серной кислот. Механизм действия добавок различен. Так, добавка Мg(NO3)2 способствует связыванию свободной воды плава вследствие образования кристаллогидрата Мg(NO3)2• 6 Н2О, она замедляет переход II ↔ III и обеспечивает переход II ↔ IV, что увеличивает прочность гранул. · Обработка гранул ПАВ, способными образовывать гидрофобные пленки. Для этой цели применяют 40% р-р диспергатора НФ. Упаковка соли в плотную, хорошо герметизированную тару (Н: в полиэтиленовые мешки и контейнеры). · Применение средств, повышающих качество продукта и снижающих его слеживаемость, позволяет осуществить его бестарное хранение и транспортировку насыпью в вагонах-хопперах и вагонах – минераловозах. При нагрев-и выше 110 оС нитрат аммония начинает разлагаться на аммиак и азотную кислоту: NH4NO3 (т) → HNO3 (г) +NH3 (г), ΔH = 185,58 кДж (2) Скорость этой реакции невелика. При 200-270 оС идет интенсивное разложение по реакции: NH4NO3 (т) → N2О (г) + 2Н2О (г), ΔH = -36,8 кДж (3) При быстром нагревании до 400-500 оС происходит разложение со взрывом по реакции NH4NO3 (т) → N2(г) + 2Н2О (г) + О2, ΔH = -118 кДж (4) Практически взрывоопасна темп-ра 300оС. АС относится к взрывчатым вещ-м средней силы. Расходные коэффициенты на 1т. NH4NO3, полученные в агрегате АС-72М. 1. Аммиак, кг/т 213-215 практ 17 кг/кмоль NH3 – 80 кг/кмоль NH4NO3 Х кг/кмоль NH3 – 1000 кг/кмоль NH4NO3 Х = 212,5 кг/т – теоретический. 2. Азотная кислота (100% HNO3), кг/т: Кпр=790 63 кг/кмоль НNО3 – 80 кг/кмоль NH4NO3 Х кг/кмоль НNО3 – 1000 кг/кмоль NH4NO3 Х = 787,5 кг/т – теоретический. 3. Каустический магнезит (ПМК-83), кг/т 6,0 Мощн. ИТН 56т/ч по АС. Часовая потребность: 56*6=336кг/ч 330раб. сут: 56*24*330=443520т/год Годовая потребность магнезита: 450000*6/1000=2700т/год Месячная потребность 2700/12=225 4. Вода оборотная, м3 1,1 - для охл-я р-ра
Вопрос №38: Реакция нейтрализации. Технологические условия производства аммиачной селитры. Роль магнезиальной добавки к нитрату аммония. Получение нитрата магния, сырье. Оборудование стадии нейтрализации в производстве аммиачной селитры. Технологические условия производства NH4NO3: Получение NH4NO3 основано на р-ции: HNO3+NH3 →NH4NO3, ΔH = -146,49 кДж (1). При нейтрализ-и HNO3, содерж-й 47-60% HNO3 обр-ся р-р NH4NO3. Этот р-р для получ-я тв. продукта
Чем больше конц-ция HNO3, тем более концентриров. р-р NH4NO3 можно получить на стадии нейтрализации за счет исп-ия тепла р-ции. 1-без исп-ия тепла р-ции, 2-при исп-ии тепла р-ции
Нейтрализация HNO3 аммиаком осуществляется в аппарате ИТН- использователь тепла нейтрализации. В табл. приведены Т полиморфных превращ-й NH4NO3 и происход-е при этом измен-я удельн. объема.
Роль магнезиальной добавки в производстве аммиачной селитры: Так как АС сильно слеживается, приходится принимать некоторые меры по борьбе с этим явлением. Чаще всего для этого используют магнезиальную добавку. Добавка нитрата магния обеспечивает связывание свободной воды плава, образуя кристаллогидрат Mg(NO3)2*6H2O. Эта добавка замедляет переход II-III и обеспечивает переход II-IV, что увеличивает прочность гранул. Это связано с тем, что при переходе II-IV удельный объем изменяется незначительно, т.к. параметры решетки модификации II (тетрагональная) и параметры решетки IV (ромбическая бипирамидальная) – близки друг к другу. Получ-е нитрата магния. Сырье: Магнезиальную добавку получ-т из каустического магнезита по р-ции: MgO+2HNO3=MgO+H2O Оборудов-е стадии нейтрализации в произв-ве ам. селитры: ИТН состоит из 2-х цилиндрических частей (нижней – реакционной, диаметром 1,6 м и верхней – сепарационной, диаметром 3,8 м). Общая высота аппарата – 10м. 1 – реакционный стакан, 2 – барботер аммиака, 3 – барботер азотной кислоты,4 – диффузор, 5 – завихритель, 6 – колпачковая тарелка, 7 – брызгоотбойник,8 – промыватель. Внутри корпуса реакционной части 1 нах-ся реакционный стакан 2 с отверстиями внизу. Внутрь стакана поступают аммиак и р-р азотной кислоты через титановые барботеры 3 и 4. Скорость аммиака в отверстиях барботера 30-50м/с. Скорость HNO3 2-3 м/с. За счет теплоты р-ции нейтрализации из образующегося р-ра NH4NO3 испаряется часть воды. Вследствие этого возникает подъемная сила, и парожидкостная эмульсия выбрасывается из верха реакционного стакана через завихритель 5, способствующий разделению парожидкостной смеси. Кратковременное пребывание реагентов в реакционном стакане 05-1с обеспечивает незначительные потери азота за счет термического разложения HNO3 и нитратов аммония. Температура пр-са нейтрализации составляет 150-160 оС. Р-р, выходящий из завихрителя 5 по кольцевому зазору между стаканом и корпусом аппарата, движется вниз, продолжая упариваться за счет тепла, получаемого через стенку стакана.Часть циркулирующего р-ра отводится для дальнейшей переработки. Кратность циркуляции в ИТН, равная отношению расходов циркулирующего и выходящего из аппарата р-ра NH4NO3 имеет величину порядка 100. Соковый пар, отделяемый в завихрителе от р-ра, содержит брызги р-ра NH4NO3, NH3 или пары HNO3. Очистка СП производится в верхней сепарационной части 6. При этом СП поднимаясь со скоростью 0,6 м/с промывается на 4-х барботажных колпачковых тарелках 7. На 2-х нижних тарелках пар отмывается от аммиака 15-20 % р-ром NH4NO3, подкисленным HNO3. При этом р-р подается на 2-ую тарелку, затем перетекает на 1-ую тарелку, а с неё по переливной трубе 9 перетекает в реакционную зону, смешиваясь с циркулирующим 90 % р-ром. На 2-х верхних тарелках из СП улавливаются пары HNO3 и брызги р-ра NH4NO3 с помощью конденсата СП. При этом КСП подается на 4 тарелку, затем перетекает на 3 и выводится из аппарата. Из аппарата ИТН выходит 89-91 % NH4NO3.
Вопрсо№39: Методика расчета материального баланса аппарата ИТН. Расчет выполним для агрегата АС-72М производительностью 56т/ч в расчете на 100% NH4NO3. Нейтрализация HNO3 аммиаком осущ-ся в двух параллельно работающих аппаратах ИТН, производительностью 28т/ч. Исходные данные: Концентрация HNO3, %масс. 58 Концентрация газообразного NH3, %масс. 100 Потери HNO3 на 1000 кг NH4NO3, кг 7,5 Потери NH3 на 1000 кг NH4NO3, кг 2,5
Расчет: Нейтрализация протекает по реакции (1): 1.Рассчитываем теоретический расход азотной кислоты по уравнению реакции по формуле: 2.Определяем практический расход с учетом потерь.Практический расход с учетом потерь: 3.Рассчитываем теоретический расход NH3: 4.Определяем практический расход с учетом потерь: 5.Часовой расход HNO3 в аппараты ИТН равен: 6.Часовые потери HNO3 составляют: 7.Часовой расход NH3: 8.Часовые потери NН3 составляют: 9.Расход 58%-ной кислоты на нейтрализацию равен: 10.Масса воды, содержащаяся в растворе HNO3: 11.Общ. масса р-ра HNO3 и NH3, поступающих в аппараты ИТН: 12.Концентрация раствора NH4NO3 в аппаратах ИТН без учета испарения воды за счет тепла реакции нейтрализации бала бы равна
13.С учетом испарения воды концентрация раствора NH4NO3, выходящего из ИТН, принимается равной 90%. Правильность выбранной концентрации проверяется тепловым расчетом. Масса 90%-ного раствора NH4NO3, выходящего из ИТН, равна: 14. Масса воды, содержащаяся в этом растворе: 15.Масса воды, испарив-ся за счет тепла нейтрализ-и и перешедшая в соков. пар: Пороведен расчет МБ аппарата ИТН по основным потокам: NH3 и раствору HNO3. Однако, с 1 тарелки сепарационной зоны по переливной трубе (9) в реакционную часть поступает 20%-ный раствор NH4NO3. Этот раствор смешив-ся с основной массой циркулирующего 90%-ного раствора NH4NO3. Объем такого 20%-ного раствора 6,4 м3/ч, а плотность его 1,085 т/м3. Уточним материальный баланс с учетом прихода этого 20%-ного раствора NH4NO3 из сепарационной зоны. 1.Масса 20%-ного раствора NH4NO3: 2.Масса NH4NO3 в 20%-ном растворе: 3.Масса 90%-ного раствора NH4NO3 после упарки 20%-ного р-ра: 4.Масса испарившейся воды: 5.Общая масса вых-го из ИТН 90%-ного раствора: 6.Общ. масса вых-го из ИТН соков. пара складыв-ся из осн. G пара, G потерь HNO3 и NH3, массы доп-го пара после упарки 20%-ного р-ра: Результаты расчета приведем в таблице материального баланса.
Вопрсо№40. Методика расчета теплового баланса аппарата ИТН Цель расчета: определ-е всех потоков прихода и расхода тепла для принятой в материальном балансе концентрации раствора NH4NO3 равной 90%масс. Исходные данные: Исходные данные и результаты расчета материального баланса Температура 58% HNO3, °С 80 Температура газообразного NH3, °С 175 Температура 20%-ного раствора NH4NO3 равна температуре кипения этого раствора при давлении в аппарате. Температура 90%-ного раствора NH4NO3 и температура сокового пара равны температуре кипения 90%-ного раствора NH4NO3 при давлении в аппарате. Давление в аппарате ИТН, Па 1,216*105 Теплота реакции нейтрализации (см. термохимическое уравнение реакции), кДж 146,49 Теплоемкости веществ, теплота дегидратации HNO3, теплота разбавления NH4NO3, теплота испарения воды из раствора NH4NO3, температура кипения и температура кристаллизации растворов NH4NO3 (см. справочные данные). Условие теплового баланса: Q прихода = Q расхода Уравнение теплового баланса: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6 + Q7 + Q8 Q1 – физ. тепло 58%-ной HNO3. Q2 – физ. тепло газообразного NH3. Q3 – физ. тепло 20%-ного раствора NH4NO3. Q4 – тепло реакции нейтрализации. Q5 – эндотермический эффект разбавления 90%-ного раствора NH4NO3 20%-ным раствором NH4NO3. Q6 – теплота, затраченная на испарение воды из раствора NH4NO3. Q7 – теплота, затраченная на испарение HNO3 (потери) из раствора HNO3. Q8 – физ. тепло сокового пара. Q9 – физ. тепло 90%-ного раствора NH4NO3. Q10 – потери тепла в окружающую среду. Расчет прихода тепла: Расчет Q1: Q = m*c*t Ср.теплоем-ть 58%-ной HNO3 в интервале 0÷80°С вычисл-ся по истин. теплоем-м. Q1 = 76759*80*2,666 = 16371160 кДж Расчет Q2: Q = m*c*t. Ср. теплоемкость газообразного NH3 при 0,12 МПа в интервале 0 ÷175°С вычисляется по истинным теплоемкостям (справочник азотчика, кн.1, с.27).
Q2 = 12040*2,26*175 = 4761820 кДж Расчет Q3: Q = m*c*t 1) Вычислим температуру. Согласно исх. данных Т равна Т кипения 20%-ного раствора NH4NO3 при Р = 1,216*105 Па. Вычислим Т кип. Р-ра при повышенном давлении (в °С) по след-й ф-ле: Таблица (*)
а) Вычислим температуру насыщенного пара. Воспользуемся таблицей ХХ. Давление в ИТН 1,216*105 Па В ХХ имеются данные: Таблица (**)
Интерполируем для давления в ИТН: tН.П. = 104,87 °С. б) Вычислим Δt и η. Т кипения 20%-ного р-ра NH4NO3 при атмосф. Р заимствуем из табл.: tКИП = 103 °С, Δt = 103–100 = 3 °С. Выберем коэф-т температурной депрессии при Т насыщенного пара 104,87 °С (табл.*): η = 1,033. в) Вычислим температуру кипения по формуле (1): tКИП = 104,87 + 3*1,033 = 107,97 ≈ 108 °С. 2) Вычислим ср.теплоемкость 20%-ного раствора NH4NO3 в интервале 0 ÷108 °С. Вычисляется по истинным теплоемкостям: 3) Рассчитаем Q3: Q3 = 6944*3,530*108 = 2647331 кДж Расчет Q4: Величина Q4 является результирующей следующих теплот: Т-та дегидратации HNO3, представл-я собой затраты Е на разруш-е гидратов HNO3*k Н2О и гидратных оболочек ионов Н+*m Н2О и NO3-*n Н2О. Теплота дегидратации численно равна и противоположна по знаку теплоте разбавления HNO3 водой до концентрации, в нашем случае до 58%масс. (приводится на графиках) в кДж/кмоль HNO3. Воспользуемся графиком и рассчитаем теплоту дегидратации в кДж/кг HNO3.
Теплота дегидратации HNO3, приходящаяся на 1кг NH4NO3 составит:
Теплота нейтрализации в соответствии с реакцией (2):
Теплота растворения образовавшегося NH4NO3 представляет собой затраты энергии на растворение NH4NO3 с получением раствора определенной концентрации (табличные данные). Установим, что при разбавлении NH4NO3 до концентрации 90%масс. затрачивается тепла 76 кДж/кг NH4NO3. Итак, удельная теплота нейтрализации равна: 1830,2 – 281,7 – 76 = 1472,5 кДж/кг NH4NO3 Расчет Q4: Q4 = 56000*1472,5 = 82460000 кДж QПРИХОД = 16371160 + 4761820 + 2647331 + 82460000 = 106240311. Расчет расхода тепла: Расчет Q5: Масса NH4NO3 в разбавленном растворе: 56000 + 1389 = 57389 кг. Общая масса разбавленного раствора: 62222 + 6944 = 69166 кг. Концентрация раствора после разбавления: 57389/69166 * 100% = 82,97% ≈ 83%масс. Затраты тепла на растворение NH4NO3 до конц-ции 83%: 122 кДж/кг * 57389кг = 7001458 кДж. Затраты тепла на растворение NH4NO3 до конц-ции 90%: 76 кДж/кг * 57389кг = 4361564 кДж. Затраты тепла на разбавл-е 90%-ного р-ра NH4NO3 до конц-и 83%:Q5 =7001458–4361564 = 2639894 кДж. Расчет Q6: Q = ΔНИСП. Вычислим, как среднее дифференциальных теплот испарения воды из растворов NH4NO3 при температурах кипения. gН2О – это общ. масса воды, испарившейся из 63%-ного раствора NH4NO3 и 20%-ного раствора NH4NO3. gН2О = 26017 + 5401 = 31418кг.; Q6 = 31418*2252 = 70753336 кДж. Расчет Q7: Масса потерь HNO3 с соковым паром составляет 420 кг/ч. Величина Q7 является суммой следующих теплот: Теплота дегидратации HNO3. Уд. теплота дегидратации равна 357,88 кДж/кг HNO3 (см. действие 4.1) Теплота испарения HNO3 (из 100% HNO3) 58% HNO3*n Н2О – HNO3 + n Н2О HNO3(ж) – HNO3(пар) Удельная теплота испарения HNO3 равна 626,3 кДж/кг HNO3:Q7 = 420(357,88 + 626,3) = 413356 кДж. Расчет Q8: Q8 = m*c*tКИП., tКИП. – температура кипения 90%-ного раствора NH4NO3. Вычислим tКИП. 90%-ного раствора NH4NO3 по формуле (1): В начале установим, что температура кипения 90%-ного раствора при атмосферном давлении равна 149 °С (“Производство АС в агрегатах большой единичной мощности”, с.54). Δt = 149 – 100 = 49°С; tКИП. = 104,87+49*1,033 = 155,5°С. Вычислим ср.тепл-ть вод. пара при 155,5°С(428,5К): с = 34,125 кДж/кмоль*К = 1,895 кДж/кг*К Масса сокового пара: m = mН2О + mHNO3+ mNH3 (из табл. МБ) Расчет Q8: Полагая, что тепл-ть сокового пара равна тепл-ти вод. пара (т.е. принимаем, что неб/ примеси NH3 и HNO3 не искажают заметно теплоемкость вод. пара). Q8 = 31978*1,895*155,5 = 9423037 кДж. Расчет Q9: Q9 = m*c*tКИП., m = 63765 кг (табл.МБ), tКИП. = 155,5 °С. 1) Установим ср.теплоемкость 90%-ного раствора NH4NO3 при 155,5 °С. Воспользуемся табл. данными: 2) Расчет Q9: Q9 = 63765*2,193*155,5 = 21744598 кДж. Расчет Q10: Q10 = QПРИХОД – (Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9) Q10 = 106240311 – (2639894 + 70753336 + 413356 + 9423037 + 21744598) = 1266090 кДж. Что в процентах от прихода тепла составляет: 1,19 ≈ 1,2% - это величина согласуется с производственными практическими данными. Т.о., теплов. расчет подтверждает возможность получения в аппарате ИТН 90%-ного раствора NH4NO3. Составим таблицу ТБ. “ТБ аппаратов ИТН (на часовую пр-ть агрегата АС-72М 56т/чАС)”
Вопрос №41:Модификац-е переходы нитрата аммония и их влияние на кач-во продукта. Оборудов-е стадии выпарки, гранулирования и охлаждения в производстве аммиачной селитры. Технологические особенности производства аммиачной селитры. Модификационные переходы нитрата аммония и их влияние на качество продукта. Тв. NH4NO3 в зав-ти от Т сущ-ет в 5 кристаллич. модификациях т/д устойчивых при атмосф. Р. Каждая модиф-я сущ-ет в определ. обл-ти Т и переход одной модификации в другую сопровождается изменениями кристаллической структуры, выделение (поглоще-нием) тепла, скачкообразным изменением удельного объема и теплоемкости. Полиморфные переходы обратимы. В таблице приведены температуры полиморфных превращений NH4NO3 и происходящие при этом изменения удельного объема.
|
упаривается. При этом на 1 стадии исп-ся теплота самой р-ции нейтрализации. Кол-во тепла, выделяющееся при нейтрализации, зависит от конц-ции исходной HNO3+NH3 (рис.1)
.
, кг
, кг
, кг
, кг
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
,
56000/0,90 = 62222 кг/ч.
62222 – 56000 = 6222 кг/ч.
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
, кг/ч
(1), где tН.П. – Т насыщенного водяного пара при повышенном давлении, °С; Δt – температурная депрессия, равная разности температур кипения раствора и воды при атмосферном давлении, °С; η – коэффициент температурной депрессии (не зависит от давления) табулирован для температуры насыщенного водяного пара при повышенном давлении.
(2)
.
.
.
Hисп*gН2О (3), где ΔНИСП. – ср.теплота испарения воды при темп-ре кипения и конц-вании р-ра от 63% до 90%масс., кДж/кг Н2О; gН2О – масса испарившейся воды, кг.
.
