Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Методика расчета теплового баланса аппарата ИТН.

КС исп-т для обжига, т-обмена, сушки, адс-и. В печах КС поверхность обжигаемых твердых частиц максимальна и полностью омывается газом, велика турбулентность двухфазной среды и мини­мальны диффузионные сопротивления, что повышает коэффициенты массо- и теплопередачи. Благодаря перекрестному направлению движения реагентов в этих печах обеспечивается высокая движущая сила и наибольшая полнота процесса, т. е. максимален к. п. д. Время контакта составляет в печах КС несколько секунд. Печи КС работают с высокой интенсивностью, поскольку в печах КС количество обжигае­мых частиц в реакционном объеме больше. Температурный режим печи КС изотермический, что облегчает управление процессом, происходящим в реакторе. Тепло реакции горения используется для выработки пара. Недостатком печей КС является высокая запыленность печного газа (до 200 г/м³). Скорость, при которой нарушается не­подвижность слоя и он начинает перехо­дить в псевдоожиженное состояние, на­зывают скоростью псевдоожижения и обозначают через wпс.

Это объясняется действием сил сцепления между частицами слоя, находящегося в покое. Когда скорость потока достигает значения wпс, частицы преодолевают силы сцепления и перепад давлений становится равным весу частиц, приходящемуся на единицу площади поперечного ап-та. Линия СЕ – сущ-е псевдоож-го слоя. Скорость уноса – ск-ть при кто разр-ся и нач-ся массовый унос частиц потока wсв. Отн-е рабочей ск-ти к ск-ти псевдоожижения – число псевдоожижения: К_П = w₀/ w_ПС. Характеризует интенсивность перемеш-я ч-ц. Для каждого конкретного процесса опред-ют оптимал знач-е К_П, но интенсивное перемеш-е ч-ц уже достиг-ся при К_П = 2. В аппаратах КС пов-ть – макс-а, мин-ы диффуз торможения, обеспеч-ся выс движ сила. КПД максимален. Это очень высоко интенсивные апп-ты. Недос-к: выс запыленность газа. Условие создания КС: наличие скорости м/д w_СВ иw_ПС.

З-н Архимеда: начало псевдоожижения наступает при равенстве силы гидравлич-го сопрот-я слоя весу всех частиц. Критич-е знач-е Re0 при кот начин-ся псевдоожиж-е: Re_ПС = Аr/1400 +5.22 (Ar)^1/2.

Ar = завис-ть гидр сопр-я от факторов:. Ф – фактор формы, Е – порозность, Н – высота слоя. Скорость псевдоожижения расч-т по формуле: w_{ПС .} Зная w_ПС м найти w₀ с пом раб скорости опред-т диаметр и др габарит раз-ры, и далее гидравл сопрот слоя.

Упаривание раствора аммиачной селитры. Гранулирование селдитры по методу приллирования. Модификационные переходы нитрата аммония и их влияние на качество продукта. Роль магнезиальной добавки к нитрату аммония. Получение нитрата магния, сырье. Охлаждение продукционной селитры в аппарате «кипящий слой».

Тв НА (нитр аммония) в завис-ти от тем-ры сущ-т в 5-ти кристал-ких модифик-х термодинам-ки устойч-х при Ратм. Кажд-я модиф-ция сущ-т в опред-й обл-ти тем-р и переход одной модиф-и в др сопров-тся изменениями крист струк-ры, выделением (погл-м) тепла, скачкообр-м измен-м удельн объема и теплоемкости.

Переход II«IV минуя III благоприятно сказ-ся на св-вах прод-та. Сокращ-е числа переходов на один привод-т к увелич-ю проч-ти прод-та на 40%. Темп-ые границы и ск-ть взаимопревр-й модифик-й м. несколко изме-ся в завис-ти от влаж-ти АС и от налич-я в ней примес-й.

Для получения гранулированной аммиачной селитры, не слеживающейся при длительном хранении на складах как в мешках, так и насыпью, в рас­твор аммиачной селитры перед его гранулированием вводят различные до­бавки.

Нитрат магния Мg(NO3)2 - магнезиальная добавка (добавка, связывающая воду), который в безводном состоянии может присоединять, шесть молекул воды, образуя гексагидрат нитрата магния Мg(NO3)2*6Н2О. В этом случае одна массовая часть (масс. ч.) Мg(NO3)2 может связать примерно 0,7 масс. ч. воды. Находящийся в растворе аммиачной се­литры нитрат магния постепенно обезвоживается в процессе получения вы­сококонцентрированного плава аммиачной селитры. Безводный нитрат магния, находясь в гранулах аммиачной селитры, полученных из этого плава, свя­зывает оставшуюся в них влагу в химические соединения (кристаллогидраты магния, двойные аммонийно-магниевые соли). В результате получается без­водная аммиачная селитра, обладающая хорошими физико-химическими свой­ствами. Полиморфное превращение при 32 °С III ® IV в такой аммиачной селитре отсутствует и заменяется метастабильным превращением II ® IV, про­текающим при 48—51 °С в случае содержания 0,4% влаги. Поэтому при хра­нении на складах гранулы не претерпевают существенных объемных измене­ний и не разрушаются.

На отечественных предприятиях раствор магнезиальной добавки полу­чают, растворяя в 35%-ной азотной кислоте порошок каустического магнези­та, получаемый в качестве побочного продукта при обжиге магнезита и содержащий от 75 до 87% MgO. Реакцию разложения каустического магнезита

проводят в реакторах периодического действия, получая раствор нитрата магния концентрацией 120 г/л (в пересчете на MgО).После отстоя или фильтраций раствор нитрата магния вводят в производстве аммиачной селитры либо в аппараты ИТН, либо в растворы аммиачной се­литры, поступающие на выпарку.

Применение магнезиальной добавки позволяет получать аммиачную се­литру высокого качества, не прибегая к обработке гранул ПАВ и опудривающими добавками.

Из ИТН выходит 90%-й р-р НА, его дальнейш-е обезвож-е произ-ся в выпарном ап-те. Основная кожухотрубная часть выпарного ап-та служит для выпарив-я р-ра НА, стекающего по внутр-м стенкам трубки. Источниками тепла явл-ся горячий воздух 190грС, движущийся внутри трубок противотоком к р-ру, и пар с Р=1,5 МПа, подаваемый в межтрубное прост-во. В ниж-й части выпар-го ап=-та распол-на концентрационная зона, представл-щая собой пять ситчатых провальных тарелок, на кот плав обезвож-ся горячим воздухом до сод-я 99,8% НА.

Основным промышленным способом гранулирования аммиачной селитры является способ гранулирования из расплава в башнях. Гранулирование в башне является безретурным процессом, не требующим установки оборудо­вания для рассева продукта и последующей повторной переработки части его.

Начальной стадией процесса гранулирования является образование из массы расплава отдельных капель, которое происходит при струйном истече­нии жидкости из рабочих отверстий грануляторов. Вытекающие из отверстий струи оказываются гидродинамически неустойчивыми, их поверхность приоб­ретает волновой характер.

В настоящее время, как правило, охлаждение гранулированной аммиач­ной селитры проводят в кипящем (псевдоожиженном) слое. Основными до­стоинствами этого способа являются простота практической его реализации и высокая интенсивность теплообмена КС, что обеспечивает достижение более низких, чем при других способах, затрат на охлаждение.

В агрегате АС-72 кипящий слой расположен за пределами грануляцион­ной башни и выполнен в виде прямоугольного аппарата, состоящего из трех последовательно установленных секций, так что продукт может быть охлаж­ден в одной, двух либо трех секциях, чем регулируется режим охлажде­ния. Аппарат имеет раздельные (в каждую секцию) подводы воздуха и об­щий воздушный коллектор над кипящим слоем, по которому воздух посту­пает в грануляционную башню и на последующую очистку.

Методика расчета теплового баланса аппарата ИТН.

Цель рас-та:

опред-е всех потоков прихода и расхода тепла д/принятой в мат б-се конц-ции р-ра НА, равной 90% масс.

Исх. дан-е: 1. данные из мат.б-са; 2. тем-ра 58% НNO3 – 80гр. 3. тем-ра г/обр NH3 – 175гр; 4. тем-ра 20%-го р-ра НА равна темп-ре кип-я этого р-ра при давл-и в апп-те; 5. темп-ра 90%-го р-ра НА и тем-ра сок-го пара равна тем-ре кип-я 90%-го р-ра НА при давл-и в апп-те; 6. давл-е в апп-те ИТН, Па – 1,216*10⁵; 7. теплота р-ции нейтр-ции – 146,49 кДж.

Усл-е тепл.б-са: Qприх = Qрасх.

Уравн-е тепл.б-са: Q1+Q2+Q3+Q4=Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10, где Q1 – ф.т. 58% НNO3; Q2 – ф.т. г/обр NH3; Q3 – ф.т. 20% NH4NO3; Q4 – тепло, выдел. при нейтр-ции; Q5 – эндотерм. эфф-т разб-я 90% р-ра НА 20%-м р-ром НА; Q6 – тепло, затрач на испар-е воды из р-ра НNO3; Q7 – тепло, затрач на испар-е НNO3 (потери) НNO3; Q8 – ф.т. сок пара; Q9 – ф.т. 90% р-ра НА; Q10 – потери тепла в окр ср.

Приход: 1) Q1= mct, Сред теплое-ть 58% НNO3 в инт-ле 0-80гр выч-ся как среднее извест истинных теплоем-тей Þ с=2,666 кД/кгК.

2) Q2= mct, Сред теплое-ть г/обр NH3 при 0,12МПа в инт-ле 0-175гр выч-ся по истинным теплоем-тям Þс=2,26 кД/кгК.

3) Q3= mct; 1. Выч-м темп-ру: t = tкип 20%-го р-ра при 1,216*10⁵ (исх дан-е), tкип = tнас пара + t* , где tнас пара = темп-ре нас вод пара при повышенном давл-и, гр; t – темп-ра дипрессии, равная темп-ре кип-я р-ра и воды при атм давл-и, гр; - коэф-т темп-й дипрессии. а) выч t нас пара (из лит данных): = 104,87 гр. б) выч-м t и . tкип возьмем из табл. tкип = 103 гр. t =103-100=3гр. Выб-м при tнас пара: =1,033. в) Выч-м темп-ру кип-я: tкип = 104,87+3*1,033=108 гр. 2)Выч-м теплоем-ть. Сред теплое-ть 20% р-ра НА в инт-ле 0-108 гр выч-ся как по истинным теплоем-тям Þ с=3,530 кД/кгК. 3) Q3= 6944*3,53*108=2647331 кДж.

4. Расс-ем Q4. NH3 + НNO3 = NH4NO3. Н= -146,49. Вел-на Q4 явл результир-ей след теплот: 1) теп-та дегидротации азот к-ты, пред соб затраты энергии на разруш-е гидратов НNO3 * k Н2О и гидратных оболочек ионов, теплота дегидротации численно равна и противопол-на по знаку теплоте разбавл-я НNO3 водой от 100% до СНNO3 (до 58%), приводятся на графиках. Теплота дегидротации равна: 357,88 кДж/кг НNO3. Теплота дегидротации, приход-яся на 1кг NH4NO3 составит: 357,88*63,01/80,04 = 281,7 кДж/кг NH4NO3. 2) теп-та нейтр-ции (в соотв-вии с р-цией): 1000*146,49/80,04 = 1830,2 NH4NO3. 3) тепл-та раствор-я образовав-ся НА. При разб-нии NH4NO3 до конц-ции 90% масс затрач-ся тепло в кол-ве 76 кДж/кг NH4NO3. Итак, удел теплота нейтр-ции равна: 1830,2-281,7-76=1472,5 кДж/кг NH4NO3. 4) Q4 = 56000*1472,5 = 82460000 кДж.

5. Qприх = 106240310 кДж.

Расход: 6.

Q5. 1) Масса NH4NO3 в разбавл-м р-ре: 56000-1389=57389 кг. 2) общ масса разбавл-го р-ра после разб-я: 62222-6944=69166 кг.

3) конц-ция р-ра после разб-я: 57389*100/69166=83%.

4) затраты тепла на раствор-е NH4NO3 до конц-ции 83% (из графика): 122 кДж/кг*57389 = 7001458 кДж.

5) затраты тепла на раствор-е NH4NO3 до конц-ции 90%: 76кДж/кг*57389 = 4361564 кДж.

6) затраты тепла на разб-е р-ра NH4NO3 от 90% до 83%: 7001458 -4361564 = 2639894 кДж.

7). Q6 = Н_ИСП*GН2О, где Н_ИСП – сред т-та исп-я воды при темп-ре кип-я и концентрир-нием р-ра от 63,5 до 90% масс, кДж/кг Н2О; G_Н2О – масса испар-йся воды. Н_ИСП выч-ют как среднее дифф теплот исп-я из р-ров НА Þ Н_ИСП = 2252 кДж/кг; G_Н2О = 26017+5401 = 31418 кг. Q6 = 2252*31418 = 70753336кДж.

8). Q7. Q7 явл S след теплот: 1) теп-та дегидротации азот к-ты; 2. т-та испар-я азот к-та из 100%-й аз к-ты. Уд. Т-та испар-я равна 626,3 кДж/кг НNO3 (из справ-ка). Q7 = (357,88+626,3)*420 = 413356 кДж.

9). Q8 = m*c*tкип: 1) Выч-м tкип 90% р-ра НА. tкип 90%-го р-ра при атм давл-и равна 149 гр. t = 149-100=49 гр. Тогда tкип = 104,87+49*1,033 = 155,5 гр. 2) Выч-м сред теплоем-ть вод пара при 155,5 гр. по справ данным: с=1,897 кДж/кгК. 3) Масса соков пара: м = м Н2О + м NH3 +м НNO3 = 420+31418+140=31978 кг. 4) Q8=31978*1,897*155,5= 9432982 кДж.

10). Q9 = m*c*tкип: 1) сред теплое-ть 90% р-ра при 155,5гр (по справ лит-ре): = 2,193 кДж/кг К. Þ Q9 = 63765*2,193*155,5= 21744598 кДж.

11). Выч-м Q10. Q10 = Qприх – (Q5+Q6+Q7+Q8+Q9) = 1256144 кДж, что в % от прихода тепла: 1256144*100/106240310 = 1,2% - вел-на соглас-ся с производств данными.

12. Таблица тепл бал-са. Q1 – 15,41%; Q2- 4,48%; Q3- 2,49%; Q4-77,62%; Q5- 2,48%; Q6- 66,6%; Q7- 0,395%; Q8- 8,88%; Q9- 20,47%; Q10 – 1,18%.