4.4.2.5.Тепловой баланс процесса упаривания

1. Найдем из теплового баланса трубчатой части аппарата количество подаваемого пара:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄

где Q₁ = G₁c₁t₁ = 1,299·10⁶·1,93·150 = 3,76·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,3%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₃ = G₃c₃t₃ = 1,295·10⁶·1,8·180 = 4,2·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,5%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₄ = G₄r₄ = 3093,62837,5 = 8,7·10⁶ кДж/ч – тепло с выпаренной водой;

Q₂= 4,2·10⁸ + 8,7·10⁶ - 3,76·10⁸ = 5,27·10⁷ кДж/ч – тепло греющего пара.

Расход греющего пара, подаваемого в трубчатую часть аппарата:

G_пара= Q₂/ r = 5,27·10⁷ /1977,7 = 2,66·10⁴ кг/ч

С учетом потерь 3%: G_пара= 2,66·10⁴ ·1,03 = 2,74·10⁴ кг/ч

2. Найдем из теплового баланса тарельчатой части аппарата количество подаваемого пара в змеевики:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄

где Q₁ = G₁c₁t₁ = 1,296·10⁶·1,8·180 = 4,2·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,5%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₃ = G₃c₃t₃ = 1,293·10⁶·1,8·180 = 4,2·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,7%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₄ = G₄r₄ = 30002837,5 = 8,5110⁶ кДж/ч – тепло с выпаренной водой;

Q₂= 4,2·10⁸ + 8,5110⁶ - 4,2·10⁸ = 8,5110⁶ кДж/ч – тепло греющего пара.

Расход греющего пара, подаваемого в трубчатую часть аппарата:

G_пара= Q₂/ r = 8,5110⁶ /1977,7 = 4,3·10³ кг/ч

С учетом потерь 3%: G_пара= 4,3·10³·1,03 = 4,43·10³ кг/ч

Приход

1. Тепло, приходящее с 90%-м раствором аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + с_Mg(NO3)2·n _Mg(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)· t_вх,

t_вх = 150ºС

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

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(150+273) + (11,96·10⁵/(150+273)²) = 78,1 Дж/моль·К

Q_АС = (876,5·139,3 + 232,9·141,9 + 6611,1·78,1)·423 = 2,83·10⁵ кДж

2. Тепло, приходящее с греющим паром:

а) поступающим в трубчатую часть аппарата:

2,74·10⁴ 1977,7 = 3,41·10⁷ кДж/ч

б) с поступающим в змеевики, расположенные на тарелках концентрационной части аппарата:

4,4310³ 1977,7 = 8,7610⁶ кДж/ч

Q_ГП = 3,41·10⁷ + 8,7610⁶ = 4,28·10⁷ кДж/ч

3. Тепло, приходящее с паровоздушной смесью:

а) Сухой воздух: 29287,25·1·180 = 5,27·10⁵ кДж/ч

б) Вода: 112,75·2837,5 = 3,19·10⁵ кДж/ч

где 2837,5 кДж/кг – теплосодержание перегретого пара при Р=1 ат и t =150ºС.

Q_ПВС = 5,27·10⁵ + 3,19·10⁵ = 8,46·10⁵ кДж/ч

4. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:

Q_КСП = G·r = 2606,56419 = 1,09·10⁶ кДж/ч,

где G – количество поступающего конденсата сокового пара, кг/ч

r – теплота парообразования, кДж/кг

Расход

1. Тепло, уходящее с 99,7%-м плавом аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + с_Mg(NO3)2·n _Mg(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)· t_вых,

t_вых = 178,4ºС

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

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02+0,07664·(178,4+273) + (11,96·10⁵/(178,4+273)²) = 79,46Дж/моль·К

Q_АС = (16162,5·139,3 + 232,9·141,9 + 166,6·79,46)·451,4 = 1,03·10⁶ кДж

2. Тепло, уходящее с паровоздушной смесью:

а) Сухой воздух: 29287,25·1·65 = 1,9·10⁶ кДж/ч

б) Вода: 6206,35·2641,8= 3,63·10⁷ кДж/ч

где 2641,8 кДж/кг – теплосодержание перегретого пара при Р=1ат и t = 65ºС

Q_ПВС = 1,9·10⁶ + 3,63·10⁷ = 3,82·10⁷ кДж

3. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

^Q_АС ^{+ Q}_ГП ^{+ Q}_ПВС ^{+ Q}_КСП ^{= Q}_АС ^{+ Q}_ПВС ^{+ Q}_т.пот.

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

^Q_т.пот. ^{= 0,03·(Q}_АС ^{+ Q}_ГП ^{+ Q}_ПВС ^{+ Q}_КСП^{) = 0,03·(2,28·105 + 4,28·107 + 8,46·105 + 1,09·106) = 1,35·106 кДж}

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.9

Приход		Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с раствором аммиачной селитры	2,28·105	Тепло с раствором аммиачной селитры	1,03·106
Тепло с греющим паром	4,28·107	Тепло с паро-воздушной смесью	3,82·107
Тепло с паро-воздушной смесью	8,46·105	Теплопотери	1,35·106
Тепло с конденсатом сокового пара	1,09·106
Всего	4,40·107	Всего	4,28·107