Производство аммиачной селитры (расчёт процесса нейтрализации)

ВВЕДЕНИЕ
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Теоретические основы процесса
1.2 Описание технологической схемы установки с КИП и А
1.3 Устройство, принцип работы основного аппарата
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Материальный баланс основного аппарата
2.2 Тепловой баланс основного аппарата
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Производство аммиачной селитры (расчёт процесса нейтрализации)

Концентрация азотной кислоты – 52 %;
Концентрация газообразного аммиака – 88 %;
Потери аммиака на 1000 кг NН4NО3 – 0,80 кг;
Потери азотной кислоты на 1000 кг NН4NО3 – 1,3 кг.
Теоретический расход аммиака и азотной кислоты на 1 т NН4NО3 определяется исходя из уравнения нейтрализации:
NН3 + НNО3 → NН4NО3 + Q кДж.
Расход аммиака составит:
Расход азотной кислоты составит:
17, 68, 80 – молекулярные веса NН3, НNО3, NН4NО3 соответственно.
Практические расход с учетом производственных потерь будет:
212,5+0,80=213,3 (кг) NН3 и 787,5+1,3=788,8 (кг) НNО3.
Для получения 56,82 т/ч аммиачной селитры 100 %-ной концентрации требуется:
NН3 и НNО3.
С учетом часовой производительности нейтрализатора потери составят:
NН3 и НNО3.
В производстве используется 52 %-ная азотная кислота, ее расход составит: .
В этом количестве кислоты содержится воды: .
Количество реагентов, поступающих в аппарат-нейтрализатор, оставит: .
Без учета испарения воды (вследствие выделения тепла нейтрализации) концентрация раствора аммиачной селитры в аппарате была бы равна:
.
Если учесть, что тепло нейтрализации идет на испарение воды, то концентрация раствора аммиачной селитры, выходящего из аппарата принимается 70,0 (%). Правильность выбранной концентрации проверяется тепловым расчетом4.
Количество 70,0 (%-ного) раствора аммиачной селитры, выходящего из аппарата составит: .
В растворе содержится воды: , следовательно, в процессе нейтрализации из раствора испаряется воды: .
Результаты расчетов сводятся в табл.1.
Таблица 1
Материальный баланс процесса нейтрализации
Статья прихода
кг/ч
Статья расхода
кг/ч
Аммиак
12119,7
Раствор аммиачной селитры (70 %-ной концентрации)
81171,4
Азотная кислоты (100 %-ной концентрации)
44819,6
Соковый пар
17020,5
Вода, поступающая с кислотой (50 %-ной концентрации)
41371,9
Потери:
аммиака
азотной кислоты
45,45
73,85
ИТОГО
98311,2
ИТОГО
98311,2
2.2 Тепловой баланс основного аппарата
Расчетом теплового баланса проверяется, в какой мере принятая концентрация раствора нитрата аммония 70 (%-ной) концентрации обеспечивает стабильный тепловой режим за счет теплоты реакции нейтрализации и отвода тепла с соковым паром5.
Исходные данные для расчета:
Концентрация азотной кислоты – 52 %;
Температура азотной кислоты – 20 °С;
Температура аммиака – 50 °С;
Поступает на нейтрализацию
аммиака – 12119,7 кг/ч,
азотной кислоты – 86191,5 кг/ч;
Количество образующегося раствора аммиачной селитры – 81171,4 кг/ч;
Концентрация раствора – 70 %;
Количество испаряющейся воды – 17020,5 кг/ч;
Давление в аппарате – 1,2×105 н/м2.
Приход тепла
1) Определяем количество тепла, вносимое газообразным аммиаком: .
2,156 – теплоемкость аммиака, (кдж/кг×град); 50 – температура, (°С).
2) Определяем количество тепла, вносимое азотной кислотой: .
2,793 – теплоемкость 52 %-ной азотной кислоты, (кдж/кг×град); 20 – температура кислоты, (°С).
3) Рассчитаем тепло реакции образования нитрата аммония с учетом теплоты разбавления азотной кислоты до 52 %. Это тепло составляет 1556,7 кдж/ на 1 кг NН4NО3. Часть его расходуется на растворение аммиачной селитры. На образование 70 %-ного раствора уходит 164,7 кдж тепла на 1 кг NН4NО3. Следовательно, при образовании аммиачной селитры из 52 %-ной азотной кислоты с получением 70 %-ного раствора выделяется:
.
В течение часа выделяется тепла: .
Общий приход тепла: .
Расход тепла
1) Определяем количество тепла, уносимого раствором аммиачной селитры:
,
81171,4 – масса раствора селитры, (кг/ч); 119,3 – потери аммиака и азотной кислоты, (кг/ч); 2,47 – теплоемкость 70 %-ного раствора NН4NО3, (кдж/кг×град); tкип. – температура кипения 70 %-ного раствора аммиачной селитры, (°С).
Температура кипения NН4NО3 определяется при давлении в аппарате 1,2×105 (н/м2). При этом давлении температура насыщенного водяного пара равна 100 (°С). При атмосферном давлении температура кипения 70 %-ного раствора нитрата аммония составляет 123,5 (°С).
Температура депрессии: .
Температура кипения 70 %-ного раствора селитры определяется по формуле:
.
η - коэффициент температурной депрессии при любом давлении.
Тепло, уносимое раствором аммиачной селитры: .
2) Определяем количество тепла, расходуемое на испарение воды из раствора: .