Впровадження безсатураторного методу отримання сульфату амонію (стр. 10 из 13)

де 1,03кДж/(кг×град)теплоємність бензольних вуглеводнів [6];

г)тепло, що вноситься сірководнем:

q₄ =832×0,997×50=41475,2 кДж/год;

де 0,997кДж/(кг×град)теплоємність сірководню [6];

д)тепло, що вноситься аміаком:

q₅=365×2,11×50=38507,5 кДж/год;

де 2,11кДж/(кг×град)теплоємність аміаку [6];

є) тепло, що вноситься піридиновими основами:

q₆ =20,8×1,03×50=1071,2кДж/год;

де 1,03кДж/(кг×град)теплоємність піридинових основ.

Всього вноситься газом:

Q₁=q₁+q₂+q_З+q₄+q₅+q₆=2853222,4+4032600+96408+41475,2+38507,5+1071,2= 7063284,3 кДж/год.

Тепло реакції нейтралізації аміаку:

(5.13)

де G_К - кількість сірчаної кислоти кг/год;

M_К – молекулярна маса сірчаної кислоти

i_н– тепло нейтралізації, кДж/кг сірчаної кислоти, i_н=195673 [6].

.

Тепло циркулюючого розчину:

Q₃=G₁×2,933×58 кДж/год.

Тепло, що уноситься сухим коксовим газом при температурі 58°С:

Q₄=(25×2,11+832×0,997+20,8×1,03+1872×1,03+19456×2,933)×58=

3473984,6 кДж/год.

Тоді

.

Об’єм цих парів:

V_в= G_в×22,4/М_в=2188,7×22,4/18=2723,7 м³/год

Таким чином, загальна кількість газів, що виходять з першого ступеня абсорберу у другу, дорівнює:

кг/год м³/год

Сухий коксовий газ ……………....…19456,0 48518,5

Бензольні вуглеводні……………..…..1872,0 505,2

Аміак……………………….……....….....25,0 32,9

Сірководень………………………....….832,0 548,1

Піридинові основи………………………20,8 6,0

Водяні пари……….……….…….……2188,7 2723,7

Всього….…….……..24394,5 52334,4

2.Циркулюючий розчин.

Кількість циркулюючого розчину, що виходить з першого ступеня абсорберу, позначимо G₂, кг/год. Тоді спільна витрата дорівнює:

24394,5+G₂. (5.14)

Прирівнюючи прихід та витрату, отримаємо:

24105,8+ G₁ =24394,5+ G₂, (5.15)

чи G₁= G₂+288,7.

Друге рівняння для визначення G₁ і G₂ отримаємо виходячи зі значень концентрацій сірчаної кислоти на вході та виході з першого ступеня абсорбції та кількості сірчаної кислоти, що витрачається, на першому ступені. Приймаємо концентрацію розчину, що надходить 1,6% і 1% розчину, що виходить, отримаємо рівняння:

, (5.16)

де G_к- кількість кислоти, що витрачається в першому ступені абсорбера, кг/год.

Для зв'язування в першому ступені абсорбера 340 кг/год аміаку необхідно витратити сірчаної кислоти 980 кг/год.

Тому G_к = 980 кг/год.

Таким чином, 1,6×G₁=G₂+98000.

Отримав систему рівнянь:

(5.17)

У результаті вирішення двох рівнянь отримав G₁=162852,2 кг/год та G₂=162563,5 кг/год.

Об’єм розчину, що поступає при густині 1,24 кг/л буде дорівнювати

V_р=

.

Матеріальний баланс першого ступеня абсорбції (табл.5.2), кг/год:

Таблиця 5.2 Матеріальний баланс першого ступеня абсорбції

Прихід		Витрата
Коксовий газ	24105,8	Коксовий газ	24394,5
Циркулюючий розчин	162852,2	Циркулюючий розчин	162563,5
Всього	186958,0	Всього	186958,0

Тепло циркулюючого розчину, що входить в абсорбер:

Q₃=162852,2 ×2,933×58=27703439,2 кДж/год.

Тепло, що уноситься коксовим газом при температурі 58°С:

Q₅=3473984,6+(2493+1,84×58)×2188,7=9163991,8 кДж/год.

Тепло циркулюючого розчину, що виходить з абсорбера:

Q₆=162563,5×2,933×t=476798,7×tкДж/год.

Тепловий баланс першого ступеня абсорбції наведено у таблиці 5.3, кДж/год:

Таблиця 5.3 Тепловий баланс першого ступеня абсорбції

Прихід		Витрата
Тепло коксового газу	7063284,3	Тепло коксового газу	9163991,8
Тепло нейтралізації	2100689,4	Втрати тепла зовні (за практичними даними)	167600,0
Тепло циркулюючого розчину	27703439,2	Тепло циркулюючого розчину	476798,7×t
Всього	36867412,9	Всього	9331591,8++476798,7×t

Прирівнюючи прихід та витрату тепла, отримав температуру розчину, який виходить з першого ступеня абсорберу, що дорівнює 57,8°C, тобто приблизно таку ж, як і поступаючого.

5.3 Матеріальний та тепловий баланси збірника першого ступеня

5.3.1 Матеріальний розрахунок

Прихід. У збірник абсорбера першого ступеня поступають: циркулюючий розчин з абсорбера, матковий розчин з центрифуги, переток з другого ступеня абсорбера, сірчана кислота, вода для поповнення циклу.

Визначимо кількість цих потоків :

1. Кількість розчину, що поступає з першого ступеня абсорбера, дорівнює:

G₁=162563,5 – 5094,3=157469,2 кг/год

2.Кількість маткового розчину, що поступає з центрифуги, дорівнює:

1427,3 кг/год.

3. Кількість розчину, що поступає з другого ступеня абсорбера (переток), дорівнює 327 кг/год.

4.Кількість кислоти, що поступає, позначимо х₁.

5.Кількість води для поповнення циклу позначимо у₁.

Загальний прихід дорівнює 159223,5 + х₁ + у₁.

Витрата. Кількість розчину, що виводиться зі збірника в циркуляцію, дорівнює 162852,2 кг/год.

Прирівнюючи прихід і витрату, отримаємо:

х₁ + у₁=3628,7

Для визначення х₁ і у₁ складаю баланс моногідрату сірчаної кислоти.

Прихід:

З кислотою при концентрації, рівною 92,5%.......0,925× х₁

з матковим розчином з центрифуги . . ……………..…50,9

У перетоку з 2-го абсорбера ………………………..…39,2

Всього………….……0,925× х₁+90,1

Витрата:

У розчині, що йде у випарник………………….……50,9

На реакцію з NH₃у першому ступеню ……………980,0

Всього…………...1030,9

Прирівнюючи прихід і витрату, отримаємо 0,925× х₁+90,1=1030,9.

Звідси кількість розчину кислоти х₁ = 1017,1 кг/год, з них: моногідрату 1017,1×0,925= 940,8 і води 76,3 кг/год.

Кількість води, необхідної для поповнення циклу :

y₁=3628,7 – 1017,1=2611,6кг/год.

5.3.2 Тепловий баланс збірника першого ступеня

Прихід. 1. Тепло, внесене циркулюючим розчином:

Q₁=157469,2×2,933×57,8=26695344,1кДж/год.

2. Тепло, внесене матковим розчином при 50°С:

Q₂=1427,3×2,68×50=191258,2кДж/год,

де 2,68 - теплоємність маткового розчину, кДж/(кг×град).[6]

3. Тепло, внесене перетоком розчину з другого ступеня абсорбера :

Q₃=327×3,31×50=54118,5 кДж/год

де 3,31 - теплоємність цього розчину, кДж/(кг×град).[6]

4.Тепло, внесене кислотою:

Q₄=1017,1×1,55×20=31530,1 кДж/год,

де 1,55 - теплоємність сірчаної кислоти, кДж/(кг×град). [6]

5.Тепло, внесене водою поповнення :

Q₅=2611,6×4,19×20=218852,1кДж/год,

де 4,19 - теплоємність води, кДж/(кг×град).

6.Тепло розбавлення сірчаної кислоти від 92,5 до 1,6%:

кДж/кмоль Н₂SO₄ [6]стор 105

де n₁ - відношення числа молей води до числамолей кислоти у 1,6%-ій сірчаній кислоті;

n₂ - те ж саме, у92,5 %-вій сірчаній кислоті.

(5.18)

де С₁ – кількість відсотків води у розчині, С₁=98,4;

С₂ – кількість відсотків кислоти у розчині, С₂=1,6;

М_К – молекулярна маса сірчаної кислоти М_к=98;

М_В – молекулярна маса води М_В=18;

;

;(6.19)

де 7,5- кількість відсотків води у розчині;

92,5- кількість відсотків кислоти у розчині;

Тоді:(6.20)

=59723 кДж/моль Н₂SО₄тана940,8 кг/годмоногідрату

Q₆=

.

Загальний прихід тепла

Q_прих= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆=26695344,1+191258,2+54118,5+31530,1+

+218852,1+573340,8=27764443,8 кДж/год.

Витрата.1.Тепло, що втрачається зовні (згідно практичних даних):

Q₇=167600 кДж/год.

2.Тепло, що уноситься циркулюючим розчином:

Q₈=162852,2×2,933×tДж/год.

Всього, витрата тепла : 167600+477645,5×t.

Прирівнюючи прихід та витрату

27764443,8 =167600+477645,5×t,

звідси температура розчину, яка встановилася t=58°С.

5.4 Матеріальний та тепловий баланси абсорберу другого ступеня

Прихід. 1. У абсорбер другого ступеня надходить коксовий газ з абсорбера першого ступеня у наступній кількості

кг/год м³/год

Сухий коксовий газ ……………......19456,0 48518,5

Бензольні вуглеводні……………..….1872,0 505,2

Аміак……………………….……....….....25,0 32,9

Сірководень………………………........832,0 548,1

Піридинові основи……………….……..20,8 6,0

Водяні пари……….……….………….2188,7 2723,7

Всього….…………...24394,5 52334,4

2. Розчин, що циркулює зі збірника другого ступеня. Позначимо цю кількість через G₃. Тоді загальний прихід дорівнює 24394,5+G₃.

Витрата. 1. Коксовий газ.

З тих 25 кг/год аміаку, що були в коксовому газі, поглинається 23,4 кг/год і залишається в газі 1,6 кг/год.

Кількість водяної пари, що виходить з газом з другого ступеня абсорбції G_в визначаємо виходячи з того, що за рахунок тепла нейтралізації та охолодження газу від температури 58°С до 52°С відбувається випаровування води.