- •Пояснювальна записка
- •Кваліфікаційна робота спеціаліста
- •1 Техніко-економічне обґрутування проекту
- •2 Характеристика сировини і готової продукції
- •3 Фізико-хімічні основи процесів
- •4 Вибір технологічної схеми
- •5 Вибір обладнання
- •6 Матеріальні розрахунки безсатураторного методу отримання сульфату амонію
- •7 Розрахунок абсорберу
- •8 Розрахунок конденсатору
- •9 Розрахунок барабанної сушарки
- •10 Проект уловлювання пыридинових осов
- •11 Розрахунок випарника на еом
- •12 Економічне обґрунтування проекту уловлювання піридинових основ
- •14 Охорона праці та безпека при надзвичайних ситуаціях
6 Матеріальні розрахунки безсатураторного методу отримання сульфату амонію
6.1 Матеріальний баланс аміаку
Згідно з виробничими даними ПАТ «Авдіївський коксохімічний завод» об`єм коксового газу дорівнює 100000 м3/год, вміст аміаку у газі – 564 кг/год, з аміачно-водяними парами потрапляє аміаку – 200 кг/год. Кількість аміаку, яка уноситься з коксовим газом складає 3 кг/год. Матеріальний баланс аміаку приведено в таблиці 6.1.
Таблиця 6.1- Матеріальний баланс аміаку (кг/год)
Прихід |
Витрата |
З коксовим газом 564 |
З коксовим газом 3 |
З аміачно-водяними парами 200 |
Реагує з кислотою 761 |
Разом 764 |
Разом 764 |
Для поглинання Gам.=761 кг/год аміаку необхідно подати сірчаної кислоти в моногідраті (Gк-ти):
, (6.1)
де – молярна маса сірчаної кислоти, 98 кг/моль;
M(NH3) – молярна маса аміаку.
кг/год;
при цьому утворюється сухого сульфату амонію:
Gсух. = Gам. + Gк-ти; (6.2)
Gсух. = 761 +2193 = 2954 кг/год,
а з вологістю 2 %:
Gвл .= (6.3)
Gвл =кг/год.
Витрата 92,5 %- вої сірчаної кислоти складе:
= (6.4)
кг/год,
із них моногідрату сірчаної кислоти 2193 кг/год, води 178 кг/год.
Для спрощення розрахунку нехтуємо вмістом сірчаної кислоти і піридинових основ у відфугованому сульфаті амонію.
6.2 Розподіл поглинання аміаку по ступеням абсорберу
У абсорбер надходить наступна кількість коксового газу з нагнітача і аміачно-водяної пари з дефлегматора (таблиця 6.2).
Таблиця 6.2 - У абсорбер надходить наступна кількість коксового газу з нагнітача і аміачно-водяної пари з дефлегматора.
Компоненти |
З нагнітача кг/год |
З дефлегматора кг/год |
Всього | |
кг/год |
м3/год | |||
Сухий коксовий газ Бензольні вуглеводні Сірководень Двоокис вуглецю Піридинові основи Аміак Водяна пара |
45600 2600 1120 – 40 564 2920 |
– – 38 48 6 142 696 |
45600 2600 1158 48 46 706 3616 |
100000 702 763 24 13 930 4500 |
Разом |
52844 |
930 |
53744 |
106932 |
Кількість поглиненого аміаку в 1-му ступені абсорберу можна визначити виходячи з умови рівності поверхні контакту або об`ємів обох ступенів абсорберів і коефіцієнтів абсорбції, що приводить до рівняння:
,
де a1, a2 и a3 - вміст аміаку в газі до 1-й, до 2-ї і після 2-го ступеня абсорберу.
Величини a1 і a3 дорівнюють:
г/м3,
г/м3,
де кількість аміаку у газі після абсорберу дорівнює 3 кг/год.
Тоді:
г/м3.
Таким чином, в 1-му ступені абсорбера поглинається аміаку:
= ;
де – загальний об’єм коксового газу, який надходить з нагнітача і аміачно-водяної пари з дефлегматора (з табл. 6.2106932 м3/год).
кг/год.
Надходить аміаку в другий ступінь:
кг/год,
і поглинається аміаку в другому ступені:
= –,
де –кількість аміаку у газі після абсорберу дорівнює 3 кг/год.
= 46 - 3 = 43 кг/год.
Для поглинання 660 кг/год аміаку в 1-му ступені абсорберу необхідно витратити сірчаної кислоти в моногідраті (за формулою 6.1):
кг/год,
при цьому утворюється сульфату амонію (6.2):
660 + 1902 = 2562 кг/год.
У другому ступені поглинається аміаку 43 кг/год, витрачається сірчаної кислоти (6.1):
кг/год,
і утворюється сульфату амонію (6.2):
43 +124 = 167 кг/год.
Крім того, в 2-ий ступінь надходить сульфат амонію, що утворюється в піридинової установці в кількості:
,
де – кількість аміаку, що йде з дефлегматора в нейтралізатор, =58 кг/год.
кг/год.
.
Таким чином, всього накопичується сульфату амонію в 2-му ступені абсорбера (6.2):
167 +225 = 392 кг/год.
Загальна кількість сульфату амонію:
;
2562 + 392 = 2954 кг/год.
Кількість розчину, що перетікає з абсорбера 2-го ступеня в абсорбер 1-го ступеня має бути такою, щоб вивести в 1-ий ступінь абсорберу сульфат амонію в кількості, що утворюється в 2-му ступені абсорбції і в піридиновій установці.
Кількість сульфату амонію, що утворюється в 2-му ступені й в піридинової установці дорівнює 392 кг/год.
Так як розчин містить 28 % (NH4)2SО4, то кількість цього розчину дорівнюватиме:
;
кг/год,
або за об`ємом
кг/год
Таким чином, розчин, що перетікає містить, кг/год (див. табл. 6.3).
Таблиця 6.3 - Склад розчину, що перетікає
Найменування |
Вміст, кг/год |
Сульфат амонію |
1400 0,28 = 392 |
Сірчаної кислоти |
1400 0,12 = 168 |
Сульфату піридину |
|
Води по різниці |
732 |
Разом |
1400 |
Зі 108 кг/год сульфату піридину (), що надходить в 1-й ступінь абсорберу, десорбується зворотно 48 кг/год () піридинових основ і звільняється:
;
108 - 48 = 60 кг/год сірчаної кислоти.
Кількість розчину, що виводиться із 1-го ступеня абсорберу у випарник повинно бути таким, що після випаровування води і виділення всього вироблюваного сульфату амонію залишився насичений розчин сульфату амонію певної концентрації.
Кількість розчину, що виводиться із 1-го ступеня абсорбера у випарник, визначимо наступним чином.
Позначимо кількість цього розчину через G і вміст у ньому сульфату амонію 40 % і H2SO4 1 %. Тоді в ньому міститься сульфату амонію 0,4G кг/год.
Після випаровування W кг/год води в випарники в центрифузі входить пульпа в кількості (G-W) кг/год, в якій знаходиться 0,4G кг/год сульфату амонію.
Після видалення вологого сульфату амонію в центрифузі в кількості:
;
де 0,98 - вміст сухого сульфату амонію;
кг/год,
залишиться маточного розчину (G -W- 3014), з них сульфату амонію (0,4G - 2954).
Оскільки вміст сульфату амонію в маточному розчині після центрифуги дорівнює 47%, тому можна скласти рівняння:
.
Кількість води, що видаляється в випарники, можна визначити за такою формулою:
,
де С0 – вміст (NH4)2SO4 у сульфаті амонію, С0 = 98 %;
С1 – в тій же, в пульпі після випарника; приймаємо, що пульпа містить 50 % за масою викристалізованої солі, а насичений матковий розчин містить 47 % сульфату амонію; тоді:
С1=50+0,5∙47=73,5%;
С2 - той же, в маточному розчині після центрифуги, С2 = 47 %;
С3 - той же, в розчині, що виводиться із 1-го ступеня абсорбції у випарник, С3 = 40 %;
- кількість вологого сульфату амонію, кг/год.
Тоді:
кг/год.
Підставляючи W, отримаємо:
звідки об'єм розчину дорівнюватиме:
Vр-ну=,
де –кількість розчину, що виводиться з абсорбера у випарник, 10655 кг/год;
–щільність розчину 1,24 кг/л.
м3/год.
Вміст піридинових основ в цьому розчині можна визначити за рівнянням:
Приймаємо температуру розчину після 1-го ступеня абсорбції 58 С (надалі ця температура перевіряється по тепловому балансу збірника 1-го ступеня абсорбції) і концентрацію сірчаної кислоти 1 %.
Вміст піридинових основ дорівнює:
г/м3.
Тоді максимальний вміст піридинових основ у виводимому в випарник розчині:
=5,83 г/л.
Фактичний вміст визначаємо приймаючи, що рівновага відповідає 50 % вмісту піридинових основ в газі, тоді:
=3,07 г/л.
Таким чином, в розчині, що направляється у випарник, міститься, кг/год (табл. 6.4).
Таблиця 6.4 - Вміст розчину, що направляється у випарник
Найменування |
Вміст, кг/год | |
Сульфат амонію |
0,4 10655 = 4262 | |
Сірчана кислота |
0,01 10655 = 106,6 | |
Сульфат піридину |
=51,4 | |
Води по різниці |
6235 | |
Разом |
|
10655 |
З цієї кількості розчину, спрямованого у випарник, після випаровування води в кількості 4858 кг/год () і відділення вологого сульфату амонію в центрифузі в кількості 3014 кг/год (з них сухого 2954 кг/год і вологи 60 кг/год) залишиться маткового розчину:
10655 – 4858 - 3014 = 2783 кг/год.
Після додавання промивної води в кількості 170 кг/год () повертається маточного розчину до збірки 1-го ступеня абсорбції
;
2783 +170 = 2953 кг/год.
Склад цього розчину і кількість (кг/год) наступні (таблиця 6.5).
Таблиця 6.5 - Склад розчину
Найменування |
Вміст, кг/год |
Сульфат амонію |
4262 – 2954 = 1308 |
Сірчана кислота |
106,6 |
Сульфат піридину |
51,4 |
Вода |
6235 – 4858 – 60 +170 =1487 |
Разом |
2953 |