4.4.1.6.Материальный баланс процесса кристаллизации

Исходные данные:

Количество поступающего раствора: 1,29·10⁶ кг/ч

Количество воздуха: 213380 кг/ч

1.Примем, что атмосферный воздух имеет температуру 0ºС и относительную влажность 100 %.

При этих условиях влагосодержание составит:

d = 0,00385 кг/кг

(213380 – d)·0,00385 = d

d = 818,36 кг/ч воды

2.Количество сухого воздуха:

213380 – 818,36 = 212561,6 кг/ч

3.Количество аммиачной селитры, уносимой воздухом в виде пыли из башни по практическим данным:

2·75 = 150 кг/ч

4.В результате подсушки гранул в башне количество влаги в плаве уменьшится на 0,5·75 = 37,5 кг/ч

5.Количество аммиачной селитры, выходящей из башни:

1,29·10⁶ – 150 – 37,5 = 1,28·10⁶ кг/ч

Сводим материальный баланс процесса кристаллизации.

Таблица 4.4.1.6

Приход				Расход
Статья	кг/ч	n, кг/моль	% мас.	Статья	кг/ч	n, кг/моль	% мас.
1)Плав аммиачной селитры, в т.ч. NH4NO3 Mg(NO3)2 H2O	1,3·106 1,293·106 34469,7 1,19·105	16562,0 16162,5 232,9 166,6	100 99,4 0,4 0,2	1)Кристаллический продукт, в т.ч. NH4NO3 Mg(NO3)2 H2O	1,28·106 1,24·106 34469,7 3840	15946,2 15500 232,9 213,3	100 96,8 2,7 0,5
2)Воздух, в т.ч. Сухой воздух Н2О	213380 212561,6 818,36	7375,2 7329,7 45,5	100 99,6 0,4	2)Воздух, в т.ч. Сухой воздух H2O	213417,4 212561,6 855,86	7377,2 7329,7 47,5	100 99,6 0,4
Всего	1,32·106	23937,2	100	Всего	1,33·106	23323,4	100

4.4.2 Расчеты тепловых балансов

4.4.2.1.Тепловой баланс приготовления магнезиальной добавки с использованием магнезита

^Приход

^{1. Тепло, приходящее с магнезитом:}

^Q_вх^{маг = (с}_MgO^·n_MgO ^{+ c}_CaO^·n_CaO ^{+ c}_H2O^·n_H2O^)·t_вх^,

где где с_i – теплоемкость i – го компонента, Дж/моль·К

n_i – количество i – го компонента, моль

t_вх – температура ведения процесса, t_вх = 80ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры магнезита, используя температурные ряды [9]

^с_MgO ^{= 42,59 + 0,00728·(80+273) – (6,19·105/(80+273)2) = 43,19 Дж/моль·К}

^c_CaO ^{= 49,62 + 0,00452·(80+273) – (6,95·105/(80+273)2) = 55,64 Дж/моль·К}

^c_H2O ^{= 39,02 + 0,07664·(80+273) + (11,96·105/(80+273)2) = 75,66 Дж/моль·К}

^Q_вх^{маг = (43,19·316,4 + 55,64·6,87 + 75,66·13,04)·353 = 5,3·106 Дж}

^{2. Тепло, приходящее с азотной кислотой:}

^Q_АК ^{= (с}_HNO3(100%)^·n_HNO3(100%) ^{+ c}_H2O(100%)^·n_H2O(100%) ^{+ c}_HNO3(57%)^·n_HNO3(57%) ^{+ c}_H2O(57%)^·n_H2O(57%)^{)· t}_вх

^c_HNO3 ^{= 109,87 Дж/моль·К}

^Q_АК ^{= (109,87·643,3 + 75,66·2307,8 + 109,87·1132,3 + 75,66·1704,5) ·353 = 1,76·108 Дж}

^{3. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:}

^Q_КСП ^{= (с}_H2O^·n_H2O ^{+ c}_NH4NO3^·n_NH4NO3 ^{+ c}_HNO3^·n_HNO3^{)· t}_вх

^Q_КСП ^{= (75,66·362,6 + 139,3·0,32 + 109,87·0,41)·353 = 9,71·106 Дж}

^{4. Теплота химической реакции:}

MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O

Q_хр = ΔН_хр·n

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^Mg(NO3)2 + Δ_fH^º₍₂₉₈₎^H2O - Δ_fH^º₍₂₉₈₎^MgO - 2Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3 ,

где Δ_fH^º₍₂₉₈₎^I – энтальпия образования i-го компонента,

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.1

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfHº(298), кДж/моль	n, моль/ч
Mg(NO3)2	-792,8	315,6
H2O	-285,84	315,6
MgO	-601,24	315,6
HNO3	-173,0	315,6

ΔH_хр = - 792,8 + (-285,84) – (-601,24) – 2·(-173,0) = -131,5 кДж/моль

Q_хр = -131,5·315,6 = 4,15·10⁷ Дж

Расход

1. Тепло, уходящее с магнезитовой добавкой:

Q_вых^маг = (с_Mg(NO3)2·n_Mg(NO3)2 + c_Ca(NO3)2·n_Ca(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)·t_вых,

t_вых = 110ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры магнезитовой добавки, используя температурные ряды [9]

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_Ca(NO3)2 = 122,9 + 0,154·(110+273) – (17,2·10⁵/(110+273)²) = 193,58 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(110+273) + (11,96·10⁵/(110+273)²) = 76,52 Дж/моль·К

Q_вых^маг = (141,9·315,6 + 193,58·6,87 + 75,91·8722,2)·383 = 2,73·10⁸ Дж

2. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

^Q_вх^{маг + Q}_АК ^{+ Q}_КСП ^{+ Q}_хр ^{= Q}_вых^{маг + Q}_т.пот.

Т.к. теплопотери составляют 3% от общего количества тепла, приходящего в систему, тогда:

^Q_т.пот. ^{= (Q}_вх^{маг + Q}_АК ^{+ Q}_КСП ^{+ Q}_хр ^{) = 0,03·(5,3·106 +1,76·108 + 9,71·106 +} 4,15·10⁷) = 6,9·10⁶ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.2

Приход		Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с магнезитом	5,3·106	Тепло с магнезитовой добавкой	2,73·108
Тепло с азотной кислотой	1,76·108	Теплопотери	6,9·106
Тепло с конденсатом сокового пара	9,71·106
Тепло химической реакции	4,15·107
Всего	2,77·108	Всего	2,79·108