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 осуществляется 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:

, кг

2. Определяем практический расход с учетом потерьПрактический расход с учетом потерь:

, кг

3. Рассчитываем теоретический расход NH₃:

, кг

4. Определяем практический расход с учетом потерь

, кг

5. Часовой расход HNO₃ в аппараты ИТН равен:

, кг/ч

6. Часовые потери HNO₃ составляют:

, кг/ч

7. Часовой расход NH₃:

, кг/ч

8. Часовые потери NН₃ составляют:

, кг/ч

9. Расход 58%-ной кислоты на нейтрализацию равен:

, кг/ч

10. Масса воды, содержащаяся в растворе HNO₃:

, кг/ч

11. Общая масса раствора HNO₃ и NH₃, поступающих в аппараты ИТН:

, кг/ч

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:

56000/0,90 = 62222 кг/ч.

14. Масса воды, содержащаяся в этом растворе:

62222 – 56000 = 6222 кг/ч.

15. Масса воды, испарившаяся за счет тепла нейтрализации и перешедшая в соковый пар:

, кг/ч

Итак, мы рассчитали материальный баланс 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 смешивается 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.

16. Масса 20%-ного раствора NH₄NO₃:

, кг/ч

17. Масса NH₄NO₃ в 20%-ном растворе:

, кг/ч

18. Масса 90%-ного раствора NH₄NO₃ после упарки 20%-ного раствора:

, кг/ч

19. Масса испарившейся воды:

, кг/ч

20. Общая масса выходящего из ИТН 90%-ного раствора:

, кг/ч

21. Общая масса выходящего из ИТН сокового пара складывается из основной массы пара, массы потерь HNO₃ и NH₃, массы дополнительного пара после упарки 20%-ного раствора:

, кг/ч

Результаты расчета приведем в таблице материального баланса.

ПРИХОД				РАСХОД
Поток	кг/ч	%	Поток		кг/ч	%
1. Аммиак			1. Раствор NH4NO3 с м.д. 90% в том числе NH4NO3 Н2О
2. НАК в том числе: HNO3 Н2О
3. Раствор NH4NO3 с м.д. 20% в том числе NH4NO3 Н2О			2. Соковый пар в том числе Н2О HNO3 NH3
Всего			Всего

Вопрос №41: Модификационные переходы нитрата аммония и их влияние на качество продукта. Оборудование стадии выпарки, гранулирования и охлаждения в производстве аммиачной селитры. Технологические особенности производства аммиачной селитры.

Модификационные переходы нитрата аммония и их влияние на качество продукта.

Твердый NH₄NO₃ в зависимости от температуры сущ-ет в 5 кристаллических модификациях т/д устойчивых при атмосферном давлении. Каждая модификация сущ-ет в определ. обл-ти температур 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.

Превращ-е	Т-ра превращ-я	Изменения V при охл-ии, дм3/кг	Форма кристаллов
Плав ↔ I	169,6	Уменьш на 0,054	I - кубическая
I↔II	125,8	Уменьш на 0,014	II - тетрагональная
II ↔ III	84,2	Уменьш на 0,008	III – ромбическая моноклинная
III↔ IV	32,2	Увелич на 0,022	IV – ромбическая бипирамидальная
IV ↔ V	-16,9	Уменьш на 0,017	V - тетрагональная
II ↔ IV	50,5	Увелич на 0,014	IV – ромбическая бипирамидальная

По мере охлаждения гранул протекают переходы:

I-II (125°С) – в нижней части грануляционной бани

II-III (84°С) – в аппарате КС

III-IV (32°С) - в зимнее время в аппарате КС

При протекании этих переходов значительно изменяется удельный объем, что приводит к снижению прочности гранул. Избежать эти крайне нежелательные колебания объемов позволяет добавка нитрата магния, при этом структура нитрата аммония благодаря включениям изменяется так, что модификация III исчезает, а II сразу переходит в III при температуре примерно в 50°С.

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. В этом случае гранулы сохраняют совю прочность.

Выпарка растворов аммиачной селитры.

На рис. изображен комбинированный выпарной аппарат, обеспечивающий упаривание растворов аммиачной селитры до содержания влаги не более 0,2%. Он состоит из трех частей: верхней (ɪ) – очистной(сепарационной), средней (ɪɪ) – трубчатой и нижней (ɪɪɪ) – тарельчатой концентрационной.

В типовом аппарате производительностью 30 т/ч очистное устройство имеет диаметр 3,2 м и предназначено для очистки паровоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу. Оно включает сетчатый отбойник 1 и две ситчатые (переточные) тарелки 3 с отверстиями диаметром 3 мм и свободным сечением около 4%. Межтарельчатое расстояние 500 мм.

При орошении тарелок 3 конденсатом сокового пара последний через штуцер 2 поступает в аппарат и в виде слабого раствора селитры с нижней тарелки перетекает в

трубчатую часть. При подаче на нижнюю очистную тарелку исходного раствора селитры с целью его предварительного упаривания (используются змеевики 4) лишь верхняя тарелка орошается конденсатом, который затем либо выводится на сторону, либо смешивается с исходным раствором селитры. Очистная часть (ɪ) в отдельных случаях может размещаться вне аппарата как самостоятельный узел очистки. Трубчатая часть аппарата идентична трубчатке доупарочного аппарата.

Концентрационная часть аппарата состоит из пяти барботажных тарелок 6 провального типа с отверстиями диаметром 6 мм. Площадь свободного сечения такой тарелки 22%, межтарельчатое расстояние 500 мм. На трех верхних тарелках двумя рядами уложены паровые змеевики 5 общей теплообменной поверхностью 36 м². Общая высота аппарата (при размещении очистной части над трубчаткой) 13 м.

Внедрение в выпарной аппарат дополнительного выпарного сегмента позволяет модернизировать, существующее в действующих цехах производства аммиачной селитры, выпарное отделение.

Гранулирование аммиачной селитры

Гранулирование амселитры осуществляется в полой грануляционной башне прямоугольного сечения 8х11м, обеспечивающей высоту падения гранул 50м. Гранулирование осуществляется по методу приллирования: проходя выброаккустический гранулятор плав амселитры разбивается на капли, которые падают с высоты 50м и охлаждаются во встречном потоке воздуха, образуя гранулы. Внизу гранбашни имеется металлический конус с щелевидными зазорами для забора воздуха из атмосферы. По всей высоте гранбашни так же имеются окна для дополнительного подсоса воздуха и охлаждения гранул.

Охлаждение гранул аммиачной селитры

Охлаждение гранул происходит в аппарате кипящего слоя (рисунок 19) - аппарате выносного типа прямоугольной формы, разделенного на три секции. Внутри каждой секции аппарата имеются две решётки: кипящего слоя диаметром отверстий 4мм и шагом 12мм, воздухораспределительная с диаметром отверстий 30мм и шагом 70мм. Между секциями на решётке кипящего слоя установлены шиберы, а также двери для выхода воздуха. Каждая секция имеет две выгрузочные течки. Аппарат снабжён грохотом для рассева гранул.

Грохот укомплектован редуктором с электродвигателем мощностью 3 кВт с частотой вращения 750 мин ^-1 с короткозамкнутым ротором во взрывозащищённом исполнении.

Рис. 19. Трехсекционный кипящий слой агрегата АС-72М:

1 – реверсивный ленточный конвейер, 2 – воздуховод, 3 – окно для выхода отработанного воздуха, 4 – перегородка между секциями кипящего слоя, 5 – заслонка, 6 – корпус аппарата, 7 – канал для выгрузки охлажденных гранул, 8 – ленточный конвейер, 9 – воздуховоды, 10 – газораспределительная решетка, 11 – решетка кипящего слоя, 12 – канал для удаления комков из продукта, 13 – грохот.

Технологические особенности производства аммиачной селитры

1. Используется газообразное, жидкое и твердое сырье. Твердые отходы образуются в незначительном количестве.

2. Протекает необратимая реакция нейтрализации с высокой скоростью, сильно экзотермическая. При этом выделяющееся тепло в значительной мере расходуется на первичное концентрирование раствора NH₄NO₃.

3. Процесс ведется под атмосферным давлением при температурах до 185°С.

4. Гранулирование осуществляется по методу приллирования (в гранбашне).

5. Продукт – аммиачная селитра – отличается значительной слеживаемостью, для снижения которой используется комплекс мер. Основная из них – применение эффективной кондиционорующей добавки Mg(NO₃)₂.

6. Аммиачная селитра является взрывчатым веществом средней силы, поэтому в технологическом процессе необходимо строго выдерживать нормы технологического режима и требования безопасности.