Использование энергосберегающих технологий для кристаллизации сульфата натрия (стр. 3 из 12)
H 2SO 4 – 2677,5 кг / ч
Na 2SO 4 – 5712 – 1785 = 3927 кг / ч
ZnSO 4 – 285,6 кг / ч
H 2O – 15243,9 – 2262,68 = 12981,22 кг / ч
Итого: 14810,22 кг/ч
Состав осадительной ванны (маточного раствора) после кристаллизации глауберовой соли:
H 2SO 4 – 2677,5 кг/ч или 13,47% масс.
Na 2SO 4 –3927,0 кг/ч или 19,76 % масс.
ZnSO 4 – 285 кг/ч или 2,20 % масс.
H 2O – 12381,22 кг/ч или 64,57 % масс.
Итого: 19870, 22 кг/ч или 100 % масс.
Таблица материального баланса глауберовой соли ( Na 2SO 4 * 10 H 2O )
Таблица. 3.1
| Приход | Расход | ||
| Статья | Количество, кг/ч | Статья | Количество, кг/ч |
| 1. Осадительная ванна на входе в кристаллизаторы | 1.Маточный раствор | ||
| H 2SO 4 | 2677,5 | H 2SO 4 | 2677,5 |
| Na 2SO 4 | 5712,0 | Na 2SO 4 | 3927,0 |
| ZnSO 4 | 285,6 | ZnSO 4 | 285,6 |
| H 2O | 15243,9 | H 2O | 12981,22 |
| 2. Кристаллы глауберовой соли | 4047,68 | ||
| Итого | 23919,0 | Итого | 23919,0 |
Объем маточного раствора:
= 14,829 м 3 /чгде 1340 кг/м 3 – плотность раствора.
Состав маточного раствора:
H 2SO 4 –
= 180,6 г/лNa 2SO 4 –
= 264,8 г/лZnSO 4 –
= 19,2 г/лH 2O –
= 875,4 г/лИтого : 1340 г/л
2.2 Расчет количества и состава плава глауберовой соли
Количество глауберовой соли, поступающей в плавильный котел:
4047,68 кг / ч Na 2SO 4 * 10 H 2O ( см . Расчеты 3.1.),
в нем кристаллизированной воды – 2262,68 кг/ч и
безводного сульфата натрия 4047,68 – 2262,68 = 1785 кг/ч,
что составляет:
Na 2SO 4 –
= 0,4410, или 44,10 % массH 2O -
= 0,5590, или 55,90% масс.Объем плава:
= 2,778 м 3/чгде 1457 кг/м 3 – плотность 44,10% - ного раствора Na 2SO 4 [6]
Объем плава глауберовой соли с учетом разбавления плава водой в соотношении 1:2:
2,778 * 3 = 8,334 м 3/ч
3.2.4. Объем добавленной воды:
2,778 * 2 = 5,556 м 3/ч
2.3 Расчет расхода топлива
Тепло на участке кристаллизации расходуется в виде пара с давлением 3 кгс/см 2 (0,3 МПа) на следующие цели:
- работа пароструйных насосов установок кристаллизации глауберовой соли (в работе 2 аппарата);
- на плавление глауберовой соли в плавильных топках (в работе 4 аппарата);
- в вакуум - испарителях – кристаллизаторах (5 в работе);
- работа пароструйных насосов испарителей – кристаллизаторов (5 в работе).
Исходные данные:
1. температура кристаллов глауберовой соли на выходе из центрифуг – 7,5 0С;
2. температура воды, подаваемой на разбавление плава в плавильный котел - 20 0С;
3. масса плавильного котла – 350 кг;
4. масса тепловой изоляции котла – 1000 кг.
Согласно технического паспорта на кристаллизационную установку расход пара давлением 3,0 кгс/см 2 (0,3 МПа) и теплосодержанием 518,0 ккал/кг составляет 740,0 кг/г на 1 установку. При работе 2-х установок (1 резервная) с учетом 10 % потерь тепло расход тепла составляет:
Q 1=740*518*1,1*2=843304 Ккал/ч
Расход тепла на плавление глауберовой соли
Расход тепла на нагрев кристаллов от t ’н = 7,5 0 С до t ’к = 50 0 С.
Q 2’ = m 2’c 2’( t ’k- t ’н) = 4047.68 * 0.108 * (50-7.5) = 18578.9 Ккал/ч
m 2‘ – масса кристаллов Na 2SO 4 * 10 H 2O кг/ч
c 2´ - теплоемкость кристаллов, ккал/кг*град
c 2´ = 34,9
= 
= 0,108 
[6]322 – молекулярная масса Na 2SO 4 * 10 H 2O кг/кмоль
Расход тепла на нагрев воды:
Q 2´´ = m 2´´ c 2´´( t k´´ - t н´´) = 5556 * 1(50-20) = 166680 ккал/ч
Расход тепла на плавление глауберовой соли:
Q 2´´ = 4047*18,106 = 79287,3 ккал/ч
где 18,106 ккал/кг – теплота кристаллизации Na 2SO 4 * 10 H 2O [6]
Расчет тепла на нагрев аппарата
Q 2´´= G 2c IV ∆ t * n = 3500*0,11(50-20)*4= 46200 ккал/ч
G 2- масса плавильного котла, кг
c IV - теплоемкость стали, ккал/кг*град
n – количество котлов в работе.
Расчет тепла на нагрев изоляции котла:
Q 2v = G vc v * ∆ t * n = 1000 * 0,3 * (50-20)*4= 36000 ккал/ч
Потери тепла поверхностью изоляции котла (при коэффициенте теплопередачи К = 0,9 ккал/м 2*ч*град
Q 2vi = 0,9*5,5*10*4 = 198 ккал/ч
Общий расход тепла на плавление глауберовой соли:
Q 2 = Q 2I + Q 2II + Q 2III + Q 2VI + Q 2V + Q 2VI = 18578,9 + 166680+73287,3+46200+36000+198 = 340944,2 ккал/ч
Расход тепла на работу струйных насосов. Согласно технического паспорта на испаритель - кристаллизатор на один аппарат расходуется пара с давлением 3кгс/см 2 (0,3Мпа) и теплосодержанием 518,0 ккал/кг – 80 кг/ч
При работе 5 аппаратов расход пара составляет 80 * 5 = 400 кг/ч, или с учетом 10% потерь в виде тепла расход равен:
Q 3I= 518 * 400 * 1,1 = 227920 ккал/ч
Расход тепла на испарение влаги из раствора.
Количество испаряемой влаги до состояния насыщения при 50 0С равно 80 кг/м 3 раствора (данные производства), или
m II = 8 * 8,334 = 667,72 кг/ч
Расход тепла на испарение равен:
Q 3II = m IIr II = 667,72 *
= 379 277,7 ккал/ч;где r II – удельная теплота при 50 оС, ккал/ч. [8]
Расход тепла при кристаллизации Na 2SO 4
Q 3´´´ = m ´´´ q ´´´ = 1785*3,239= 5781,6 ккал/ч,
где
m ´´´ - масса кристаллизующейся Na 2SO 4, кг/чq ´´´ - удельная теплота кристаллизации Na 2SO 4, ккал/кг;
q ´´´ = 1927
= 
= 9,239 ккал/кг142 – молекулярная масса Na 2SO 4, кг/кмоль
Расход тепла на нагревание 5 аппаратов
Q 3IV = m IVc IV( t k – t н) n = 7500 * 0.11(50-20)*5 = 123750 ккал/ч
Расход тепла на нагрев изоляции:
Q 3v = G 3vc v ( t k – t н) n = 1200 * 0,3 (50-20) * 5= 54000 ккал/ч
Расход тепла на потери поверхностью аппаратов:
Q 3VI = k * F ∆ t * n = 0,9 * 8,3 * 10 * 5 = 373,5 ккал/ч
где F – поверхность 1 аппарата, м 2
Общий расход тепла на кристаллизацию Na 2SO 4
Q 3 = Q 3I + Q 3II + Q 3III + Q 3VI + Q 3V + Q 3VI = 227920 + 379277,7 + 5781,6 + 123750 + 54000 + 373,5 = 791 102,8 ккал / ч
Расход тепла по участку:
Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 843304 + 340944,2 + 791 102,8 = 1975351 ккал/ч
2.4 Расчет потребного оборудования и производственных площадей
2.4.1 Расчет потребного оборудования
Кристаллизатор вакуумный горизонтальный.
Исходные данные:
1. Размеры кристаллизатора:
Длина L=8862 мм.
Диаметр Д=2004 мм.
Емкость V= 27 м 3
2. Поверхность зеркала испарения
S = L Д = 8,862
2,004 = 17,759 м 3Расчет:
Требуется площадь зеркала испарения для кристаллизации 4047,7 кг/ ч глауберовой соли:
По данным ЦЗЛ ОАО «Вискозные волокна» съем кристаллов глауберовой соли составляет 114 кг. В час с м 2 зеркала испарения.
Требуется площадь зеркала испарения кристаллизаторов:
4047,7/114 =35,506 м 2
Требуется кристаллизаторов для кристаллизации 4047,7 кг/ ч глауберовой соли:
Устанавливается 3 кристаллизатора, в том числе: 2- в работе, 1 – резервный.
2.4.1.1 Приемный бак осадительной ванны. Количество осадительной ванны, подаваемой на кристаллизацию, составляет 17,85 м з/ ч (см. раздел 3) при резерве времени бака =1 час и коэффициенте заполнения Q =0,6(для пенящихся растворов) равен при увеличенной подаче (в случае форсированной работы подача ванны может быть увеличена до 24 м з/ ч):
Объем бака с принятыми размерами Д=4800 мм и Н=2800 мм. равен:
Вместимость бака с этими размерами (
=0,6) равна: