ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 110
Скачиваний: 3
аммиака |
|
|
|
|
|
|
17 — 80 |
х— |
1000-17 |
——212,5 |
|
|
х— 1000 |
on |
|||
|
|
80 |
|
|
|
азотной |
кислоты |
|
|
|
|
|
63 — 80 |
|
1000-63 |
= 787,5 |
|
|
х — 1 ООО |
' |
80 |
||
|
|
|
|||
где 17, 63 и |
80 — молекулярные |
веса |
аммиака, |
азотной |
кислоты и аммиачной |
селитры соответственно. |
|
|
|
|
|
Практический расход NH3 и HN0 3 |
несколько выше |
теоретического, так как |
|||
в процессе нейтрализации неизбежны потери реагентов с соковым паром через неплотности коммуникаций вследствие небольшого разложения реагирующих компонентов и селитры и т. д. При нормальных условиях работы на 1 т 100%-ной
аммиачной селитры потери |
|
0,47 |
1690 кг |
|
аммиака составляют примерно 2,5 кг, азотной кисло |
||||
ты 7,5 кг. Такие потери |
приняты и в |
приводимых здесь расчетах*. |
||
С учетом потерь расход на 1 |
т N H 4 N O 3 составит: |
|||
212,5 + |
2,5 = |
215 кг аммиака |
||
787,5 + |
7,5 = 795 кг азотной кислоты- |
|||
Расход 47%-ной азотной |
кислоты: |
|
||
|
|
795 |
|
|
В этом количестве кислоты содержится воды: 1690 — 795 = 895 кг
Таким образом, в аппарат ИТН поступает аммиака и азотной кислоты:
215 + 1690= 1905 кг
Если бы в аппарате ИТН не происходило испарения воды за счет тепла ней трализации, то концентрация получаемого раствора аммиачной селитры соста вила бы
1000-100
-^ 9 0 5 — = 52,50/0
Вдействительности концентрация получаемого раствора аммиачной селитры достигает 64% (это подтверждается тепловым расчетом). При такой концент рации NH4NO3 из нейтрализатора выходит раствора:
1000
- о Ж = 1 5 6 5 к г
В этом растворе содержится воды:
1565— 1000 = 565 кг
т. е. в процессе нейтрализации испаряется воды:
895 — 565 = 330 кг
* Примерные расчеты по стадии нейтрализации и частично по стадии упа
ривания |
растворов |
выполнены по методике и исходным данным, |
приведенным |
в книге |
К л е в к е |
В. А., П о л я к о в а Н. Н., А р с е н ь е в о й Л. 3. |
Технология |
азотных удобрений. М., Госхимиздат, 1963. |
|
||
5—2188 |
|
|
65 |
|
|
Материальный |
баланс |
процесса |
нейтрализации |
|
|
П р и х о д |
КГ |
|
Р а с х о д |
|
КГ |
||
|
|
|
215 |
Раствор |
аммиачной |
селитры |
|
Вода, поступающая с кнсло- |
795 |
Соковый пар |
|
1565 |
|||
|
|
330 |
|||||
|
|
|
895 |
Потери |
|
|
|
|
|
|
|
аммиака |
|
2,5 |
|
|
|
|
|
азотной кислоты |
|
7,5 |
|
|
В с е г о . . . |
1905 |
|
В с е г о . . . |
1905 |
||
Тепловой |
расчет |
|
|
|
|
|
|
Приход |
тепла. В процессе нейтрализации приход тепла |
складывается из теп |
|||||
ла, вносимого |
аммиаком и азотной кислотой, и тепла, выделяющегося |
при ней |
|||||
трализации. |
|
|
|
|
|
|
|
Тепло, |
вносимое газообразным аммиаком, составляет: |
|
|
||||
|
|
Qi = |
215 • 0,52 • 50 = 5600 ккал |
|
|
||
где 0,52 — теплоемкость аммиака ккал/(кг-°С); |
|
|
|
||||
50 — температура аммиака, °С. |
|
|
|
|
|||
Тепло, |
вносимое азотной кислотой: |
|
|
|
|
||
|
|
Q 2 = 1690-0,66-20 = 22300 ккал! |
|
|
|||
где 0,66 — теплоемкость 47%-ной азотной кислоты, ккал/(кг-°С); |
|
||||||
20 — температура кислоты, °С.
Теплоту нейтрализации предварительно рассчитывают на 1 моль образую
щейся аммиачной селитры по уравнению |
|
|
|
||
|
НШ3 -3,95Н2 0(жидк.) + Ш3 (газ) = Ш 4 Ш 3 - 3 , 9 5Н2 0(жидк . ) |
||||
где HN03 -3,95H20 соответствует 47%-ной азотной кислоте. |
величин: |
||||
Тепловой эффект Q3 этой реакции находят из следующих |
|||||
а) |
теплота растворения в воде азотной |
кислоты |
|
|
|
|
H N 0 3 |
+ 3,95Н„0 = |
H N 0 3 • 3,95Н„0 |
|
(1) |
б) |
теплота образования |
твердого NH4NO3 из 100%-ной |
азотной кислоты |
||
и 100%-ного аммиака |
|
|
|
|
|
|
Ш03 (жидк.) + NH3 (ra3) = NH4 N03 (tb.) |
|
(2) |
||
в) теплота растворения аммиачной селитры в воде с учетом |
расхода реак |
||||
ционного тепла на упаривание получаемого раствора от 52,5% |
( N H i N C v t b O ) |
||||
до 64% (NH 4 N03 - 2 ,5H2 0) |
|
|
|
|
|
|
NH„N03 |
+ 2,5Н2 0 = |
NH4 N03 -2,5H2 0 |
|
(3) |
где NH4NCV4H2O соответствует концентрации 52,5% NH4NO3. |
|
|
|||
Величина NH4N03 -4H20 |
рассчитывается из соотношения |
|
|
||
|
|
80-47,5 |
|
|
|
|
|
52,5-18 |
— 4 Н з ° |
|
|
где 80 — мол. вес. NH 4 N0 3 ;
47,5 — концентрация H N 0 3 , %; 52,5—концентрация NH4N03 , %;
18 — мол. вес. НгО.
66
Аналогично рассчитывается величина М^гЮз^.БНгО, соответствующая 64%-ному раствору NH4NO3:
80-36
64-18 — 2 >5 Н 2°
Количество тепла, выделяющегося по реакции (1), находим интерполяцией* данных, приведенных в табл. 13. Для принятых исходных условий теплота рас творения q азотной кислоты в воде равна 6200 кал/моль.. Эта величина учиты
вается |
со знаком |
минус, |
так как |
применена |
|
разбавленная кислота, теплота |
|||||
растворения |
которой |
(НгЮз+3,95 |
Н2О) |
уже как бы потеряна для |
теплового |
||||||
эффекта |
процесса |
нейтрализации. |
|
|
|
|
|
||||
Для определения теплового эффекта реакции (2) требуется из теплоты |
|||||||||||
образования |
нитрата |
аммония |
вычесть |
сумму |
|
теплот образования |
NH 3 (газ) |
||||
и HN0 3 |
(жидк.) |
|
|
|
соединений из простых веществ при 18 °С и 1 атм |
||||||
Теплота |
образования этих |
||||||||||
имеют следующие |
значения (в кал/моль): |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
NH3 |
(газ) |
|
|
|
11040 |
|
|
|
|
|
|
HN0 3 (жидк.) . . . |
. |
41700 |
|
||||
|
|
|
|
N H 4 N O 3 |
(тв.) |
. . . |
. |
87 200 |
|
||
Общий тепловой эффект химического процесса зависит только от теплот образования исходных взаимодействующих веществ и конечных продуктов. Из
этого следует, что тепловой эффект реакции |
(2) |
составит: |
|
|
|
|
|||||
|
<72 = 87200 — (11040 + 41700) = |
34460 кал/моль |
|
|
|
||||||
Теплота <7з растворения |
N H 4 N O 3 |
по реакции |
(3) |
равна |
3730 кал/моль |
||||||
(см. табл.убг)/)" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ранее |
отмечалось, что растворение |
N H 4 N O 3 |
в воде протекает с поглощением |
||||||||
тепла. В связи с этим теплота |
растворения |
принимается в тепловом |
балансе со |
||||||||
знаком минус. Концентрирование |
же раствора N H 4 N O 3 протекает |
соответственно |
|||||||||
с выделением тепла. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, тепловой эффект Q3 реакции |
|
|
|
|
|
|
|||||
Ш03 -3,95Н2 0(жидк.) + NH3(ra3) = |
МН4 М03 -2,5Н2 0(жидк.) + |
1,45Н2 0(пар) |
|||||||||
составит: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q3 = qx + q2 + % = — 6200 + 34460 — 3730 = |
|
|
|
|||||||
|
= 24530 кал/моль, |
или 24530 ккал/(кмоль) |
|
|
|
||||||
При выработке 1 т аммиачной селитры тепло реакций нейтрализации со? |
|||||||||||
ставит: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24530-1000 |
= 306600 ккал |
|
|
|
|
|
||||
|
|
30 |
|
|
|
|
|
||||
где 80 — мол. вес NH4 N03 . |
|
|
|
что суммарный |
приход тепла соста |
||||||
Из приведенных выше расчетов видно, |
|||||||||||
вит: с аммиаком 5600, с азотной |
кислотой |
22 300, за |
счет |
тепла |
нейтрализации |
||||||
• 306 600 и всего 334 500 ккал. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход |
тепла. При нейтрализации |
азотной |
кислоты аммиаком |
тепло отво |
|||||||
дится из аппарата ИТН 'получаемым раствором |
аммиачной селитры, |
расходуется |
|||||||||
на испарение воды из этого раствора и теряется в окружающую |
среду. |
||||||||||
Количество тепла, уносимого |
раствором |
аммиачной селитры, |
составляет: |
||||||||
|
Q = |
(1565 + 10)0, |
Шкт |
|
|
|
|
|
|||
где «1665 — количество раствора |
аммиачной селитры, кг (см. стр. 66); |
|
|||||||||
10 — потери NH3 и HN03 , кг; |
|
|
|
ккал/(кг-°С); |
|
||||||
0,61 — теплоемкость 64%-ного раствора |
N H 4 N O 3 , |
|
|||||||||
^кпп — температура кипения 64%-ного раствора аммиачной |
селитры, °С. |
||||||||||
* Интерполяция — нахождение промежуточных значений величины по неко |
|||||||||||
торым известным ее значениям. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
67 |
Температуру кипения раствора аммиачной селитры определяем при абсолют ном давлении в нейтрализаторе 1,15—1,2 ат; этому давлению соответствует тем пература насыщенного водяного пара 103 °С. При атмосферном же давлении температура кипения 64%-ного раствора NH4 N03 составляет П5,2°С. Темпера турная депрессия (см. стр. 224) равна
Д/ = 115,2— 100= 15,2 °С
Вычисляем температуру кипения 64%-ного |
раствора NH-iNCb: |
|
W i = W пара + А/т) = |
103 + 15,2-1,03=118,7 °С |
|
где т) — коэффициент температурной |
депрессии |
(см. Приложение VI) при любом |
давлении; при 103 °С он равен 1,03. |
|
|
Определяем количество тепла, отводимого |
покидающим нейтрализатор рас |
|
твором NH4NO3.
Q ' = 1575-0,61-118,7= 114000 ккал
Количество тепла, расходуемого на испарение воды из раствора: Q" = 330 • 640 = 211200 ккал
где 330 — количество |
образующегося сокового пара, кг; |
|
||||
640 — энтальпия* |
сухого |
пара |
при абсолютном |
давлении 1,2 ат, ккал/кг. |
||
Таким образом, общий расход |
тепла в процессе |
нейтрализации |
составит: |
|||
Q' + Q" = |
114000 + 211200 = |
325200 ккал |
|
|||
Если вычесть из прихода |
тепла его расход, |
получим величину |
потерь тепла |
|||
в окружающую среду: |
|
|
|
|
|
|
334500 — 325200 = 9300 ккал
Эта величина составляет около 3% общего расхода тепла, что соответствует практике работы аппаратов ИТН.
Тепловой баланс процесса нейтрализации
П р и х о д |
ккал |
Р а с х о д |
|
ккал |
С азотной кислотой . . . . |
5 600 |
С раствором аммиачной |
селитры |
114 000 |
22 300 |
|
|
211 200 |
|
Тепло реакции нейтрализации |
306 600 |
Потери в окружающую |
среду |
9 300 |
В с е г о . . . |
334 500 |
В с е г о . . . |
334 500 |
|
Из теплового баланса видно, что приход и расход тепла совпадают, что указывает на правильность принятой в расчетах концентрации аммиачной се
литры (т. е. ~64% N H 4 N O 3 ) .
УПАРИВАНИЕ РАСТВОРОВ
Основы процесса упаривания
Рассмотрим некоторые понятия, с которыми приходится встре чаться работающим в области производства солей.
* Здесь под этим термином понимается количество тепла, сообщаемое воде в процессе нагре вания от О "С до температуры кипения при постоянном давлении и превращения ее в пар.
68
Передача тепла от более теплого тела к более холодному про исходит непосредственно при их соприкосновении или через про межуточное тело. Примером первого случая может служить охлаж дение горячей воды воздухом в градирнях, нагревание и частич ное упаривание растворов селитры в аппаратах ИТН, охлаждение частиц селитры воздухом в грануляционных башнях и т. д. При мером второго случая является упаривание растворов при про
хождении их через |
трубчатку |
кипятильников |
выпарных |
аппаратов, |
в то время как пар проходит в межтрубном |
пространстве. |
|||
При получении |
водяного |
пара тепло затрачивается |
на подо |
|
грев воды до точки кипения, для превращения воды в пар при той же температуре, на небольшой перегрев этого пара, чтобы послед ний не конденсировался до поступления потребителю.
Количество тепла, которое необходимо затратить для того, что бы испарить единицу массы жидкости, находящейся при темпера туре кипения, называется теплотой парообразования. Она изменяет ся в зависимости от температуры испарения жидкости: с повыше нием температуры теплота парообразования уменьшается. Пере ход из парообразного состояния в жидкое (конденсация или сжи жение) сопровождается выделением такого же количества тепла, которое было поглощено при испарении жидкости.
Отсюда видно, что наибольшее количество тепла, которое от дает пар нагреваемому телу, выделяется при его конденсации. В связи с этим особенно важно, чтобы из аппаратов, в которых проводится упаривание жидкостей (растворов), не выходил несконденсировавшийся пар.
В производстве аммиачной селитры для обогрева выпарных аппаратов применяется насыщенный водяной пар и соковый или вторичный пар (стр. 75). Температура насыщенного пара равна температуре кипения воды при данном давлении. Насыщенный пар, образующийся при нагревании воды, находится с ней в равнове сии и конденсируется даже при самом небольшом понижении температуры. При дальнейшем нагревании образуется перегретый пар, температура которого выше температуры кипения воды при данном давлении.
Перегретый пар не применяется для упаривания растворов ам миачной селитры, так как он имеет относительно высокую темпе ратуру, при которой может происходить термическое разложение продукта. Кроме того, перегретый пар имеет низкий коэффициент теплоотдачи.
го |
В табл. 19 приведены основные свойства насыщенного водяно |
||
пара. |
|
|
|
|
Упаривание растворов аммиачной селитры |
производится толь |
|
ко |
за счет передачи тепла от его источника |
(в нашем случае — |
|
водяного пара) через стенки металлических трубок выпарных |
ап |
||
паратов. Чем больше и чище поверхность стенки (поверхность |
теп |
||
лопередачи) , тем больше передается тепла от его источника к упа риваемой жидкости. Количество тепла (в искал), которое может
69