4.4.1.2.Материальный баланс приготовления магнезиальной добавки с использованием брусита
Исходные данные:
Состав брусита:
MgO - 61%
CaO – 3,5%
SiO2 – 3,5%
Fe2O3 – 0,3%
H2O – 31%
Прочее – 0,7%
Производительность предприятия – 450 000 т/год
1. В процесс вводиться 3% брусита, то есть:
4,5·108 кг/год – 100%
х т/год - 3%
х = 1,35·104 кг/год
2. Определим количество MgO в 1,35·104 кг Mg(NO3)2 :
х кг/год 1,35·104 кг/год
MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O
40,3 кг/моль 148 кг/год
х = 3,67·103 кг/год
3. Определим количество MgOтех. :
1,35·104 кг Mg(NO3)2 - 3,67·103 кг/год
4,5·108 кг/год - х кг/год MgOтех.
х = 1,22·108 кг/год
4. Определим количество MgO с учетом, что его содержание составляет 61% от 100% сырья:
1,22·108 кг/год MgOтех. – 100%
х кг/год - 61%
х = 7,44·107 кг/год чистого MgO
5. Определим количество CaO в сырье :
1,22·108 кг/год MgOтех. – 100%
х кг/год - 3,5%
х = 4,27·106 кг/год чистого CaO
6. Определим количество SiO2 в сырье:
1,22·108 кг/год MgOтех. – 100%
х кг/год - 3,5%
х = 4,27·106 кг/год чистого SiO2
7. Определим количество Fe2O3 в сырье:
1,22·108 кг/год MgOтех. – 100%
х кг/год - 0,3%
х = 3,66·105 кг/год чистого Fe2O3
8. Определим количество H2O в сырье:
1,22·108 кг/год MgOтех. – 100%
х кг/год - 31%
х = 3,78·107 кг/год чистого H2O
9. Определим количество прочих примесей в сырье:
1,22·108 кг/год MgOтех. – 100%
х кг/год - 0,7%
х = 8,54·105 кг/год примесей
10. Определим количество азотной кислоты, которое взаимодействует с MgO по реакции:
7,44·107 кг/год A1
MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O
40,3кг/моль 2·63кг/моль
А1 = 2,32·108 кг/год
11. Определим количество серной кислоты, которое взаимодействует с CaO по реакции:
4,27·106 кг/год A2
CaO + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O
56кг/моль 2·63кг/моль
А2 = 9,6·106 кг/год
12. Определим общее количество серной кислоты, которое участвует в процессе:
А = А1+А2
А = 2,32·108 + 9,6·106 = 2,42·108 кг/год
13. Определим количество 57%-ой азотной кислоты, участвующей в реакции, по формуле (4.4.2):
14. Определим количество 36%-ой азотной кислоты, участвующей в реакции:
57% HNO3 – х кг/год
36% HNO3 – 4,24·108 кг/год
х = 6,72·108 кг/год
15. Определим количество воды, необходимое для разбавления 57%-ой азотной кислоты, до ее концентрации 36%:
6,72·108 – 4,24·108 = 2,47·108 кг/год
16. Определим количество воды, необходимое для разбавления 100%-ой азотной кислоты, до ее концентрации 57%:
4,24·108 – 2,42·108 = 1,82·108 кг/год
Получаем, что в реакции участвует следующее количество азотной кислоты:
HNO3 (57%) = 4,24·108 кг/год
HNO3 (36%) = 6,72·108 кг/год
HNO3 (100%) = 2,42·108 кг/год
17. Определим количество Mg(NO3)2, образующееся в результате взаимодействия MgO c HNO3:
7,44·107 кг/год x кг/год
MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O
40,3кг/моль 148кг/моль
А1 = 2,73·108 кг/год
18. Определим количество Са(NO3)2, образующееся в результате взаимодействия СаO c HNO3:
4,27·106 кг/год х кг/год
CaO + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O
56кг/моль 164кг/моль
А2 = 1,25·107 кг/год
19. Так как массовая доля Mg(NO3)2 составляет 37%, определим количество воды, необходимое для приготовления магнезиальной добавки:
(2,73·108 + х)·0,37 = 2,73·108
1,01·108 + 0,37х = 1,73·108
0,37х = 1,72·108
х = 4,64·108 кг/год
20. Конденсат сокового пара, подающийся в реактор, содержит в своем составе 5,17·107 кг воды.
Таким образом, общее количество воды, необходимое для приготовления магнезиальной добавки, составит:
В = 3,78·107 + 2,47·108 + 1,82·108 + 5,17·107 + 4,64·108 = 9,82·108 кг/год
21. Так как в конденсат сокового пара входит азотная кислота, общее количество азотной кислоты составит:
2,42·108 – 2,05·105 = 2,41·108 кг/год HNO3
Сводим материальный баланс процесса приготовления магнезиальной добавки
Таблица 4.4.1.2
Приход |
Расход |
||||||||
Статья |
кг/год |
кг/ч |
% мас. |
моль/ч |
Статья |
кг/год |
кг/ч |
% мас. |
моль/ч |
1)Брусит, в т.ч. MgO CaO SiO2 Fe2O3 H2O Прочее |
1,22·108 7,44·107 4,27·106 4,27·106 3,66·105 3,78·107 8,54·105
|
15151,5 9393,9 539,2 539,2 46,2 4772,7 107,8 |
100 61,0 3,5 3,5 0,3 31,0 0,7
|
233,0 9,62 8,98 0,29 265,15
|
1)Раствор Mg(NO3)2, в т.ч. Mg(NO3)2 Ca(NO3)2 SiO2 Fe2O3 H2O Прочее |
1,26·109
2,73·108 1,25·106 4,27·106 3,66·105 9,82·108 8,54·105 |
1,59·105
34469,7 157,8 539,2 46,2 1,12·105 107,8 |
100
21,6 0,09 0,33 0,03 70,4 0,06 |
232,9 0,96 8,98 0,28 6222,2
|
2)Азотная кислота(36%), в.т.ч. HNO3(100%) H2O(100%) HNO3(57%) H2O(57%) |
1,09·109
2,42·108 2,47·108 4,24·108 1,82·108 |
1,37·105
30555,5 31186,8 53535,3 22979,8 |
100
22,3 22,7 39,0 16,7 |
4343,9
485,0 1732,6 849,7 1276,6 |
|
|
|
|
|
3) КСП, в т.ч. H2O NH4NO3 HNO3 |
5,22·107 5,17·107 2,05·105 2,05·105 |
6590,9 6527,7 26,0 26,0 |
100 99,0 0,5 0,5 |
363,33 362,6 0,32 0,41 |
|
|
|
|
|
Всего |
1,26·109 |
1,59·105 |
100 |
|
|
1,26·109 |
1,59·105 |
100 |
|