Тепловой баланс приготовления магнезиальной добавки с использованием брусита

Расход

Приход

Тепловой баланс приготовления магнезиальной добавки с использованием магнезита

Расчеты тепловых балансов

Материальный баланс процесса кристаллизации

Исходные данные:

Количество поступающего раствора: 1,29·10⁶ кг/ч

Количество воздуха: 213380 кг/ч

1.Примем, что атмосферный воздух имеет температуру 0ºС и относительную влажность 100 %.

При этих условиях влагосодержание составит:

d = 0,00385 кг/кг

(213380 – d)·0,00385 = d

d = 818,36 кг/ч воды

2.Количество сухого воздуха:

213380 – 818,36 = 212561,6 кг/ч

3.Количество аммиачной селитры, уносимой воздухом в виде пыли из башни по практическим данным:

2·75 = 150 кг/ч

4.В результате подсушки гранул в башне количество влаги в плаве уменьшится на 0,5·75 = 37,5 кг/ч

5.Количество аммиачной селитры, выходящей из башни:

1,29·10⁶ – 150 – 37,5 = 1,28·10⁶ кг/ч

Сводим материальный баланс процесса кристаллизации.

Таблица 4.4.1.6

Приход	Расход
Статья	кг/ч	n, кг/моль	% мас.	Статья	кг/ч	n, кг/моль	% мас.
1)Плав аммиачной селитры, в т.ч. NH4NO3 Mg(NO3)2 H2O	1,3·10^6   1,293·10^6 34469,7 1,19·10^5	16562,0   16162,5 232,9 166,6	99,4 0,4 0,2	1)Кристаллический продукт, в т.ч. NH4NO3 Mg(NO3)2 H2O	1,28·10^6   1,24·10^6 34469,7	15946,2   232,9 213,3	96,8 2,7 0,5
2)Воздух, в т.ч. Сухой воздух Н2О	212561,6 818,36	7375,2 7329,7 45,5	99,6 0,4	2)Воздух, в т.ч. Сухой воздух H2O	213417,4 212561,6 855,86	7377,2 7329,7 47,5	99,6 0,4
Всего	1,32·10^6	23937,2		Всего	1,33·10^6	23323,4

1. Тепло, приходящее с магнезитом:

Q_вх^маг= (с_MgO·n_MgO+ c_CaO·n_CaO+ c_H2O·n_H2O)·t_вх,

где где с_i – теплоемкость i – го компонента, Дж/моль·К

n_i – количество i – го компонента, моль

t_вх – температура ведения процесса, t_вх = 80ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры магнезита, используя температурные ряды [9]

с_MgO= 42,59 + 0,00728·(80+273) – (6,19·10⁵/(80+273)²) = 43,19 Дж/моль·К

c_CaO= 49,62 + 0,00452·(80+273) – (6,95·10⁵/(80+273)²) = 55,64 Дж/моль·К

c_H2O= 39,02 + 0,07664·(80+273) + (11,96·10⁵/(80+273)²) = 75,66 Дж/моль·К

Q_вх^маг= (43,19·316,4 + 55,64·6,87 + 75,66·13,04)·353 = 5,3·10⁶ Дж

2. Тепло, приходящее с азотной кислотой:

Q_АК= (с_HNO3(100%)·n_HNO3(100%)+ c_H2O(100%)·n_H2O(100%)+ c_HNO3(57%)·n_HNO3(57%)+ c_H2O(57%)·n_H2O(57%))· t_вх

c_HNO3= 109,87 Дж/моль·К

Q_АК= (109,87·643,3 + 75,66·2307,8 + 109,87·1132,3 + 75,66·1704,5) ·353 = 1,76·10⁸ Дж

3. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:

Q_КСП= (с_H2O·n_H2O + c_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_HNO3·n_HNO3)· t_вх

Q_КСП= (75,66·362,6 + 139,3·0,32 + 109,87·0,41)·353 = 9,71·10⁶ Дж

4. Теплота химической реакции:

MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O

Q_хр = ΔН_хр·n

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^Mg(NO3)2 + Δ_fH^º₍₂₉₈₎^H2O - Δ_fH^º₍₂₉₈₎^MgO - 2Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3,

где Δ_fH^º₍₂₉₈₎^I – энтальпия образования i-го компонента,

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.1

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfH^º(298), кДж/моль	n, моль/ч
Mg(NO3)2	-792,8	315,6
H2O	-285,84	315,6
MgO	-601,24	315,6
HNO3	-173,0	315,6

ΔH_хр = - 792,8 + (-285,84) – (-601,24) – 2·(-173,0) = -131,5 кДж/моль

Q_хр = -131,5·315,6 = 4,15·10⁷ Дж

1. Тепло, уходящее с магнезитовой добавкой:

Q_вых^маг = (с_Mg(NO3)2·n_Mg(NO3)2 + c_Ca(NO3)2·n_Ca(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)·t_вых,

t_вых = 110ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры магнезитовой добавки, используя температурные ряды [9]

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_Ca(NO3)2 = 122,9 + 0,154·(110+273) – (17,2·10⁵/(110+273)²) = 193,58 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(110+273) + (11,96·10⁵/(110+273)²) = 76,52 Дж/моль·К

Q_вых^маг = (141,9·315,6 + 193,58·6,87 + 75,91·8722,2)·383 = 2,73·10⁸ Дж

2. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

Q_вх^маг + Q_АК + Q_КСП+ Q_хр= Q_вых^маг+ Q_т.пот.

Т.к. теплопотери составляют 3% от общего количества тепла, приходящего в систему, тогда:

Q_т.пот. = (Q_вх^маг + Q_АК + Q_КСП+ Q_хр ) = 0,03·(5,3·10⁶ +1,76·10⁸ + 9,71·10⁶ + 4,15·10⁷) = 6,9·10⁶ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.2

Приход	Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с магнезитом	5,3·10^6	Тепло с магнезитовой добавкой	2,73·10^8
Тепло с азотной кислотой	1,76·10^8	Теплопотери	6,9·10^6
Тепло с конденсатом сокового пара	9,71·10^6
Тепло химической реакции	4,15·10^7
Всего	2,77·10^8	Всего	2,79·10^8

Дата добавления: 2015-06-28