8. Расчет основного и вспомогательного оборудования

Расчет трубчатого реактора:

Трубчатый реактор состоит из камеры смешения, тангенциально входящей в камеру закручивания. В камере смешения расположено сопло для введения аммиака и патрубок для подачи фосфорной кислоты. Скорость подачи аммиака в раствор 80-100 м/c, кислоты – 0,5-2 м/с.

Сечение камеры смешения определяют по формуле:

, [3]

где V_п = - объем водяных паров, образующихся в реакторе, м³/ч;

- объем непрореагировавшего аммиака, м³/ч;

= 15-30– скорость парогазовой смеси в реакторе, м/с; (для удобства расчетов возьмем скорость равную 20 м/c);

F- площадь сечения камеры смешения, м².

F=

,

где d- диаметр камеры смешения.

Выразим d из данной формулы:

d= 0,8 м.

Длина камеры смешения равна l=10-20 d, примем ее равной 10=8м

Найдем объем камеры смешения, по формуле объема цилиндра:

V=4 м.

Расчет размеров сушильного барабана

Объем сушильного барабана:

V_бар = W/m₀ = 7332,9/40 = 183,32 м³.

где m₀ = 40 кг/(м³ч) – объемное напряжение по влаге [7],

W - количество испаренной влаги 7332,9 кг/ч.

Диаметр барабана:

D_бар = (4V_бар/ i) ^0,33,

где i = L/D = 3,59 – отношение длины барабана к диаметру,

Принимаем i = 6, тогда:

D_бар = (4183,32/6)^0,33 = 3,35 м.

Длина барабана:

L_бар = D_барi = 3,356 = 20,1 м,

принимаем диаметр барабана D_бар = 3,4 м, длину барабана L_бар = 20 м.

Объем барабана:

V_бар = 0,785D_бар²L_бар = 0,7853,4²20 = 184,52 м³.[7]

Тепловой баланс стадии сушки

Q_пульпы

Целью составления теплового баланса является определение тепловых потоков и расхода метана.

Q_пульпы

СБ

Q_потери

Q_гор.

Q_исп

Составим уравнение теплового баланса стадии сушки:

Q _{физ. прихода} + Q _{р-и горения} =Q _потер. + Q _{физ. расхода},

где:

Q_{физ. прихода} = Q_пульпы

Q_{физ. расхода} = Q_{нагр. пульпы} + Q_{исп.воды}

Расход

1. Рассчитаем количество тепла с нагретой пульпой:

Q_нагр. _пульпы = 4268291452,721 = 16840324,78 кДж,

где:

m = 42682,9– масса пульпы, кг/ч;

t = 145 – температура пульпы в ⁰С;

c = 2,721 - средняя удельная теплоемкость пульпы, кДж/( кг⁰С).[8]

2. Рассчитаем количество тепла с испарением воды:

Q_{исп.воды} = 7332,92149,5 = 15762068,55 кДж,

где:

m = 7332,9 – масса испарившейся воды, кг/ч;

q = 2149,5 – теплота испарения воды при 145 градусах, кДж/кг.[8]

Приход

1. Рассчитаем количество тепла с пульпой:

Q_пульпы = 42682,9 1452,721 = 16840324,78 кДж,

где:

m = 42682,9 – масса пульпы, кг/ч;

t = 145 – температура пульпы в ⁰С;

c = 2,721 - средняя удельная теплоемкость пульпы, кДж/( кг*⁰С).

2. Рассчитаем расход метана и количество тепла с реакцией горения метана:

CH₄ + 2O₂  CO₂ + 2H₂O + 890 кДж/моль,

Q_{р-и горения} = 890X/M , [6]

где:

890 – тепловой эффект р-и горения, кДж/моль;

m = X масса метана, г;

M=16 – молярная масса метана, г/моль.

Тогда,

0,95Q_пульпы+0,95Q_{р-и горения}= Q_{физ. расхода},

15998308,54+52,84X = 32602393,33,

X=314233,25 г.

Расход метана на реакцию горения:

V(CH₄) = л,

V(CH₄) =439,93 м³.

Q_{р-и горения} = 890314233,25 / 16 = 17479224,53 кДж.

Q*_потер.= 0,05Q_{прихода} = 0,05(16840324,78 +17479224,53) = 1715977,466 кДж.

Таблица 6 Тепловой баланс стадии сушки аммофосной пульпы

Приход			Расход
Статья прихода	Q, кДж	Q,%	Статья расхода	Q, кДж	Q,%
1. C пульпой 2. С реакцией горения метана	16840324,78 17479224,53	49,07 50,93	1. C нагретой пульпой 2. C испарением воды 3. Теплопотери	16840324,78 15762068,55 1715977,466	49,07 45,93 5,00
ИТОГО	34319549,31	100,00	ИТОГО	34318371,00	100,00

Вывод: в результате расчета теплового баланса были получены значения теплот горения метана, нагретой пульпы, испарения воды а также потери теплоты в окружающую среду:

Q_{р-и горения} =17479224,53 кДж.

Q_пульпы = 16840324,78 кДж,

Q_{исп.воды} = 15762068,55 кДж,

Q_потери= 1715977,466 кДж.

Q_потери составила 5 % от общей теплоты, что является нормальным значением.

Кроме того был определен расход метана на получение аммофоса

V(CH4) =439,93 м³.