Впровадження безсатураторного методу отримання сульфату амонію (стр. 9 из 13)

V_с.г.= 52000-(1941,3+505,2+548,1+480,9+6)=48518,5 м³/год.

G_с.г.= ρ_с.г×V_с.г. (5.4)

де ρ_с.г.– густина сухого коксового газу кг/м³,ρ_с.г=0,401 кг/м³[1]

V_с.г. – об’єм сухого коксового газу м³/год.

G_с.г.=0,401×48518,5=19456 кг/год

У абсорбер надходить наступна кількість коксового газу з нагнітача (табл.5.1).

Таблиця 5.1 Склад коксового газу, що входить до абсорбера

Компоненти	кг/год	м3/год
Сухий коксовий газ, Gг	19456,0	48518,5
Водяні пари, Gв	1560,0	1941,3
Бензольні вуглеводні, Gб	1872,0	505,2
Сірководень, Gс	832,0	548,1
Аміак, Gа	365,0	480,9
Піридинові основи, Gп	20,8	6,0
Всього	24105,8	52000,0

Кількість сірчаної кислоти, яка необхідна для нейтралізації 365 кг/год аміаку розраховуємо за рівнянням хімічної реакції, на основі закону еквівалентів:

2NН₃ + Н₂SO₄ = (NН₄)₂SO₄ (5.5)

За умовою ν_NH3=m_NH3/M_NH3=365000/17=21470,6 моль/год

де m_NH3- маса аміаку, що поступає в абсорбер з газом 365кг/год=365000 г/год;

M_NH3-молекулярна масса аміаку 17 г/моль

Відповідно до рівняння реакції 1 моль Н₂SO₄реагує з 2 моль NН₃, а з 21470,6 моль/годNН₃реагують 10735,3 моль Н₂SO₄або 10735,3×98=1052059,4 г/год=1052,1 кг/год

Кількість 92,5 %-ої кислоти:

G_H2SO4=1052,1 /0,925=1137,4 кг/год.

Кількість поглинутого аміаку на першому ступеню абсорберу можна визначити виходячи з умови рівняння поверхні контакту чи об’ємів обох ступенів абсорберів та коефіцієнтів абсорбції, що приводить до рівняння:

(5.6)

де а₁, а₂,та а₃ – вміст аміаку у газі до першої,до другої та після другої ступені абсорберу.

Величина а₁ дорівнює 7 г/м³

Величину a₃ приймаюзгідно ПТЕ0,03 г/м³. [2]

Тоді

=

Таким чином, на першому ступені абсорберу поглинається аміаку

Залишається аміаку в коксовому газі :

Надходитьаміаку на другу ступінь 365-340 =25 кг/год та поглинається аміаку на другій ступені 25-1,6=23,4 кг/год.

Для поглинання 340 кг/год аміаку на першому ступеню абсорберу необхідно витратити сірчаної кислоти у моногідраті [6]:

(5.7)

де

- кількість аміаку, яка поглинається на першому ступеню абсорберу

- молекулярна маса сірчаної кислоти

- молекулярна маса аміаку.

При цьому утворюється сульфату амонію 340+980=1320 кг/год.

На другому ступеню поглинається аміаку 23,4 кг/год, витрачається сірчаної кислоти :

та утворюється сульфату амонію 23,6+68=91,6 кг/год.

Таким чином, накопичується сульфату амонію у матковому розчині на другому ступені абсорберу 91,6 кг/год.

Загальна кількість сульфату амонію, яка утворюється 1320+91,6=1411,6 кг/год, а з вологістю 2%

.

5.1.1 Кількість розчину, що перетікає з абсорберу другого ступеня в абсорбер першого ступеня

Ця кількість повинна бути такою, щоб вивести у перший ступінь абсорберу сульфат амонію у кількості, що утворюється на другому ступені абсорбції.

Кількість сульфату амонію, що утворюється на другому ступені, як вказано вище, дорівнює 91,6 кг/год.

Так як розчин, що перетікає, містить 28% (NH₄)₂SO₄ [6], то кількість цього розчину буде дорівнювати:

G_р=

чи за об’ємом V_р= .

Таким чином, розчин, що перетікає містить, кг/год:

Сульфату амонію …327×0,28=91,6

Сірчаної кислоти…. 327×0,12=39,2

Води за різницею ……..……..196,2

Всього …………….327,0

5.1.2 Кількість розчину, що виводиться з першого ступеня абсорберу у випарник

Кількість розчину, що виводиться у випарник, має бути таким, щоб після випару води і виділення всього сульфату амонію, що виробляється, залишився насичений розчин сульфату амонію визначеної концентрації. [6]

Кількість розчину, що виводиться з першого ступеня абсорбера у випарник, визначаю таким чином.

Позначаю кількість цього розчину через Gі вміст в ньому сульфату амонію 40% та Н₂SO₄1%. Тоді в ньому міститься сульфату амонію 0,4Gкг/год.

Після випару Wкг/год води у випарнику в центрифугу входить пульпа в кількості (G– W) кг/год, в якій знаходиться 0,4Gкг/год сульфату амонію.

Після видалення вологого сульфату амонію в центрифузі у кількості 1411,6/0,98 = 1440,4 кг/год (де 0,98 - вміст сухого сульфату амонію) залишиться маткового розчину (G- W– 1440,4), з них сульфату амонію (0,4G– 1411,6).

Оскільки вміст сульфату амонію в матковому розчині після центрифуги дорівнює 47%, тому можна скласти рівняння:

(5.8)

Кількість води, що видаляється у випарнику, можна визначити по наступній формулі [6] :

(5.9)

де С₀- вміст (NН₄)₂SO₄у сульфаті амонію, що виробляється, С₀ = 98%;

С₁ - те ж, в пульпі після випарника; приймаємо, що пульпа містить 50% по масі солі, що викристалізувалася, а насичений матковий розчин містить 47% сульфату амонію; тоді С₁ = 50 + 0,5×47 = 73,5%;

С₂ - те ж, в матковому розчині після центрифуги, С₂ = 47%;

С₃ - те ж, в розчині, що виводиться з першого ступеня абсорбції у випарник, С₃ = 40%;

G_с - кількість вологого сульфату амонію, кг/ч, що виробляється.

Тоді

Підставляючи W, отримав з рівняння 5.8

0,4×G– 1411,6=0,47×(G- 2321,6 – 1404,4).

0,47×G-0,4×G+1411,6 – 1091,2 – 677=0

чи при густині розчину 1,24 кг/л об’єм розчину дорівнює:

Таким чином, у розчині,який спрямовується у випарник, міститься, кг/год:

Сульфату амонію ………...0,4×5094,3=2037,7

Сірчаної кислота …………..0,01×5094,3=50,9

Води за різницею…………….………….3005,7

Всього …………………5094,3.

З цієї кількості розчину, спрямованого у випарник, після випару води у кількості 2321,6 кг/год і відділення вологого сульфату амонію в центрифузі у кількості 1440,4 кг/год (з них сухого 1411,6 кг/год і волога 28,8 кг/год) залишиться маткового розчину 5094,3 – 2321,6 – 1440,4 =1332,3 кг/год.

Після додавання промивної води у кількості 95 кг/год повертається маткового розчину у збірник першого ступеня абсорбції 1332,3 + 95 = 1427,3 кг/год.

Склад цього розчину та кількість наступні

Сульфату амонію …………….…2037,7– 1411,6=626,1

Сірчаної кислоти ………………………….…………50,9

Води за різницею…..3005,7 – 2321,6 – 28,8 + 95=750,3

Всього ……………….………………...1427,3

5.2 Матеріальний та тепловий баланси абсорбера першого ступеня

Прихід. 1. Коксовий газ.

Склад та кількість коксового газу, який надходить із нагнітача у абсорбер першого ступеня наведено у таблиці 5.1.

2. В абсорбер поступає циркулюючий розчин зі збірника першого ступеня абсорбера. Позначимо цю кількість через G₁.

Таким чином, загальний прихід рівний:

24105,8+ G₁кг/год. (5.10)

Витрата.1. Коксовий газ.

З тих, що були в коксовому газі 365 кг/год аміаку поглинається 340 кг/год і залишається в газі 25 кг/год.

Кількість водяної пари, що виходить з газом з першого ступеня абсорбції, можна визначити виходячи з того, що за рахунок тепла нейтралізації відбувається нагрів газу до 58°С, тобто до температури розчину, що поступає, і випар відповідної кількості води. Позначаю цю кількість через G_В:

, (5.11)

де Q₁ - тепло, що вноситься коксовим газом, ккал/год;

Q₂ - тепло реакції нейтралізації, ккал/год;

Q₃-тепло, що уноситься сухим коксовим газом, ккал/год;

t- температура газу на виході з абсорберу, t=58°C.

Кількість тепла розраховую за формулою:

Q=G×c×t, (5.12)

де G- кількість речовини кг/год;

c- теплоємність речовини кДж/кг×град;

t- температура речовини °С.

Тепло, що вноситься коксовим газомпри 50°С:

а) тепло, що вноситься сухим коксовим газом:

q₁= 19456×2,933×50=2853222,4кДж/год

де 2,933- теплоємність коксового газу, кДж/(кг×град) [6];

б) тепло, що вноситься парами води:

q₂=1560×(2493+1,84×50)=4032600кДж/год;

де 1,84кДж/(кг×град)теплоємність води [6];

в)тепло,що вноситься бензольними вуглеводнями:

q₃=1872×1,03×50=96408 кДж/год;