4.4.2.6.Тепловой баланс процесса кристаллизации

Приход

1. Тепло, приходящее 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_вх,

t_вх = 170ºС

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·(170+273) + (11,96·10⁵/(170+273)²) = 79,06 Дж/моль·К

Q_АС = (16162,5·139,3 + 232,9·141,9 + 166,6·78,1)·443 = 1,02·10⁶ кДж

2. Тепло, приходящее с воздухом:

Q_В = G·c·t_воз = 2133801,00535 = 7,5·10⁶ кДж/ч,

где G – количество поступающего воздуха, кг/ч

с – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кгС)

t_воз. – температура воздуха, С

3. Тепло, выделяющееся при кристаллизации, т.е. превращение расплавленной соли в кристаллическую модификацию III, стабильную в пределах 32,3-84,2С

70,25 + 51,28 + 17,47 = 139 кДж/кг,

где 70,25; 51,28; 17,47 – теплоты превращения: Плав  I, I  II, II  III соответственно, кДж/кг

При заданной нагрузке количество тепла, выделяющееся при кристаллизации, составит:

Q_Кр. = 1,3·10⁶139 = 1,8·10⁸ кДж/ч

Расход

1. Тепло, уходящее с кристаллическим продуктом:

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

t_вых =60ºС

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·(60+273) + (11,96·10⁵/(60+273)²) = 75,32 Дж/моль·К

Q_КП = (15500·139,3 + 232,9·141,9 + 213,3·75,32)·443 = 7,32·10⁵ кДж

2. Тепло, расходуемое на испарение воды:

Q_исп. = G·r = 28,4·2262,6 = 64257 кДж/ч

где G – количество влаги, испаряемой из плава при грануляции, кг/ч

r – теплота парообразования при абсолютном давлении 1 кгс/см², кДж/кг

3. Тепло, уходящее с воздухом:

Q_В = G·c·t_воз = 213417,41,00575 = 1,6·10⁷ кДж/ч

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.10

Приход		Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с плавом аммиачной селитры	1,02·106	Тепло с кристаллическим продуктом	7,32·105
Тепло с воздухом	7,5·106	Тепло,расходуемое на испарение воды	64257
Тепло,выделяющееся при кристаллизации	1,8·108	Тепло с воздухом	1,6·107
Всего	1,8·108	Всего	1,7·108

4.5. Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования Конструктивный расчет аппарата итн Расчет реакционной части

1) Сечение реакционного стакана:

_(4.5.1)

где V_п – объем водяного пара, образующегося в реакторе, м₃/ч;

V_а – объем аммиака, м₃/ч:

Т₀ = 273 К, Р₀ = 10⁵ Па;

t = 160 ºС – температура в аппарате, ºС;

v_п – скорость парожидкостной смеси, м/c.

Из материального баланса:

m_п = 34508,5 кг/ч;

m_ам = 12183,6 кг/ч;

m_р-ра = 63111,1 кг/ч

V_п = m_п22,4 / М_п = 34508,5 22,4 / 18 = 42943,9 м³/ч

V_ам = m_ам22,4 / М_ам = 12183,6 22,4 / 17 = 16053,7 м³/ч

V_р-ра = m_р-ра /_р-ра = 63111,1 / 1700 = 37,3 м³/ч

Принимаем, что v_п = 9,0 м/с

м²

2) Диаметр реакционного стакана:

м (4.5.2)

Рабочая скорость w_п = 8,96 м/с

Время пребывания смеси в реакционном стакане  = 0,5 - 1 с

Принимаем  = 0,51 с

3) Длина реакционного стакана:

L =  v_п = 0,518,96 = 4,57 м (4.5.3)

Принимаем длину реакционного стакана L = 4,6 м

4) Пересчитаем время:

 = L / V_п = 4,6 / 8,96 = 0,513 с