Тепловой баланс процесса кристаллизации

Расход

Приход

Тепловой баланс процесса упаривания

Расход

Приход

1. Тепло, приходящее с раствором аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O)· t_вх,

t_вх = 170ºС

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

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(170+273) + (11,96·10⁵/(170+273)²) = 78,99 Дж/моль·К

Q_АС = (139,3·710 + 78,99·350,6)·443 = 5,6·10⁷ Дж

2. Тепло, приходящее с раствором Mg(NO₃)₂:

Q_маг = (с_Mg(NO3)2·n _Mg(NO3)2 + c_Ca(NO3)2·n _Ca(NO3)2 + c_SiO2·n_SiO2 + c_Fe2O3·n_Fe2O3 + c_H2O·n_H2O)· ·t_вх

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры Mg(NO₃)₂, используя температурные ряды [9]

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_Ca(NO3)2 = 122,9 + 0,154·(170+273) - (17,28·10⁵/(170+273)²) = 182,32 Дж/моль·К

c_SiO2 = 46,94 + 0,03431·(170+273) - (11,3·10⁵/(170+273)²) = 56,39 Дж/моль·К

c_Fe2O3 = 97,74 + 0,07213·(170+273) - (12,89·10⁵/(170+273)²) = 123,13 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(170+273) + (11,96·10⁵/(170+273)²) = 78,99 Дж/моль·К

Q_маг = (141,9·232,9 + 182,32·0,96 + 56,39·8,98 + 123,13·0,28 + 78,99·6222,2)·443 = 2,32·10⁸ Дж

3. Тепло, приходящее с газообразным аммиаком:

Q_А = (с_NH3·n_NH3 + c_H2O·n_H2O)· t_вх

с_NH3 = 29,8 + 0,02548·(170+273) - (1,65·10⁵/(170+273)²) = 40,24 Дж/моль·К

Q_А = (40,24·1,4 + 78,99·0,005)·443 = 2,51·10⁴ Дж

4. Теплота химической реакции

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Q_хр = ΔН_хр·n,

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^NH4NO3 – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^NH3 – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3,

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

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.7

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfH^º(298), кДж/моль	n, моль/ч
NH4NO3	-365,1	876, 5
NH3	-46,19	876, 5
HNO3	-173,0	876, 5

ΔH_хр = -365,1 – (-46,19) – (-173) = -145,91 кДж/моль

Q_хр = 145,91·876, 5 = 1,27·10⁸ Дж

1. Тепло, уходящее с раствором аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + с_Mg(NO3)2·n _Mg(NO3)2 + c_Ca(NO3)2·n _Ca(NO3)2 + c_SiO2·n_SiO2 + c_Fe2O3·n_Fe2O3 + c_H2O·n_H2O + с_NH3·n_NH3)·t_вых,

t_вых = 170ºС

Q_АС = (139,3·876,5 + 141,9·232,9 + 182,32·0,96 + 56,39·8,98 + 123,13·0,28 + 78,99·6611,1 + 40,24·0,44)·443 = 4,0·10⁸ Дж

2. Тепло, уходящее с газообразным аммиаком:

Q_А = (с_NH3·n_NH3)·t_вых

Q_А = (40,24·0,04)·443 = 713,05 Дж

3. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

Q_АС+ Q_маг + Q_А+ Q_хр= Q_АС+ Q_А + Q_т.пот.

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

Q_т.пот. = 0,03·(Q_АС+ Q_маг + Q_А+ Q_хр) = 0,03·(5,6·10⁷ + 2,32·10⁸ + 2,51·10⁴ + 1,27·10⁸) = 1,24·10⁷ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.8

Приход	Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с раствором аммиачной селитры	5,6·10^7	Тепло с раствором аммиачной селитры	4,0·10^8
Тепло с раствором Mg(NO3)2	2,32·10^8	Тепло с газообразным аммиаком	713,05
Тепло с газообразным аммиаком	2,51·10^4	Теплопотери	1,24·10^7
Тепло химической реакции	1,27·10^8
Всего	4,1·10^8	Всего	4,1·10^8

1. Найдем из теплового баланса трубчатой части аппарата количество подаваемого пара:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄

где Q₁ = G₁c₁t₁ = 1,299·10⁶·1,93·150 = 3,76·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,3%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₃ = G₃c₃t₃ = 1,295·10⁶·1,8·180 = 4,2·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,5%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₄ = G₄r₄ = 3093,6×2837,5 = 8,7·10⁶ кДж/ч – тепло с выпаренной водой;

Q₂= 4,2·10⁸ + 8,7·10⁶ - 3,76·10⁸ = 5,27·10⁷ кДж/ч – тепло греющего пара.

Расход греющего пара, подаваемого в трубчатую часть аппарата:

G_пара= Q₂/ r = 5,27·10⁷ /1977,7 = 2,66·10⁴ кг/ч

С учетом потерь 3%: G_пара= 2,66·10⁴ ·1,03 = 2,74·10⁴ кг/ч

2. Найдем из теплового баланса тарельчатой части аппарата количество подаваемого пара в змеевики:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄

где Q₁ = G₁c₁t₁ = 1,296·10⁶·1,8·180 = 4,2·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,5%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₃ = G₃c₃t₃ = 1,293·10⁶·1,8·180 = 4,2·10⁸ кДж/ч – тепло с 99,7%-ным раствором аммиачной селитры;

Q₄ = G₄r₄ = 3000×2837,5 = 8,51×10⁶ кДж/ч – тепло с выпаренной водой;

Q₂= 4,2·10⁸ + 8,51×10⁶ - 4,2·10⁸ = 8,51×10⁶ кДж/ч – тепло греющего пара.

Расход греющего пара, подаваемого в трубчатую часть аппарата:

G_пара= Q₂/ r = 8,51×10⁶ /1977,7 = 4,3·10³ кг/ч

С учетом потерь 3%: G_пара= 4,3·10³·1,03 = 4,43·10³ кг/ч

1. Тепло, приходящее с 90%-м раствором аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + с_Mg(NO3)2·n _Mg(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)· t_вх,

t_вх = 150ºС

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

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(150+273) + (11,96·10⁵/(150+273)²) = 78,1 Дж/моль·К

Q_АС = (876,5·139,3 + 232,9·141,9 + 6611,1·78,1)·423 = 2,83·10⁵ кДж

2. Тепло, приходящее с греющим паром:

а) поступающим в трубчатую часть аппарата:

2,74·10⁴ ×1977,7 = 3,41·10⁷ кДж/ч

б) с поступающим в змеевики, расположенные на тарелках концентрационной части аппарата:

4,43×10³ ×1977,7 = 8,76×10⁶ кДж/ч

Q_ГП = 3,41·10⁷ + 8,76×10⁶ = 4,28·10⁷ кДж/ч

3. Тепло, приходящее с паровоздушной смесью:

а) Сухой воздух: 29287,25·1·180 = 5,27·10⁵ кДж/ч

б) Вода: 112,75·2837,5 = 3,19·10⁵ кДж/ч

где 2837,5 кДж/кг – теплосодержание перегретого пара при Р=1 ат и t =150ºС.

Q_ПВС = 5,27·10⁵ + 3,19·10⁵ = 8,46·10⁵ кДж/ч

4. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:

Q_КСП = G·r = 2606,56×419 = 1,09·10⁶ кДж/ч,

где G – количество поступающего конденсата сокового пара, кг/ч

r – теплота парообразования, кДж/кг

1. Тепло, уходящее с 99,7%-м плавом аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + с_Mg(NO3)2·n _Mg(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)· t_вых,

t_вых = 178,4ºС

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

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02+0,07664·(178,4+273) + (11,96·10⁵/(178,4+273)²) = 79,46Дж/моль·К

Q_АС = (16162,5·139,3 + 232,9·141,9 + 166,6·79,46)·451,4 = 1,03·10⁶ кДж

2. Тепло, уходящее с паровоздушной смесью:

а) Сухой воздух: 29287,25·1·65 = 1,9·10⁶ кДж/ч

б) Вода: 6206,35·2641,8= 3,63·10⁷ кДж/ч

где 2641,8 кДж/кг – теплосодержание перегретого пара при Р=1ат и t = 65ºС

Q_ПВС = 1,9·10⁶ + 3,63·10⁷ = 3,82·10⁷ кДж

3. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

Q_АС+ Q_ГП + Q_ПВС+ Q_КСП= Q_АС+ Q_ПВС + Q_т.пот.

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

Q_т.пот. = 0,03·(Q_АС+ Q_ГП + Q_ПВС+ Q_КСП) = 0,03·(2,28·10⁵ + 4,28·10⁷ + 8,46·10⁵ + 1,09·10⁶) = 1,35·10⁶ кДж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.9

Приход	Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с раствором аммиачной селитры	2,28·10^5	Тепло с раствором аммиачной селитры	1,03·10^6
Тепло с греющим паром	4,28·10^7	Тепло с паро-воздушной смесью	3,82·10^7
Тепло с паро-воздушной смесью	8,46·10^5	Теплопотери	1,35·10^6
Тепло с конденсатом сокового пара	1,09·10^6
Всего	4,40·10^7	Всего	4,28·10^7

Дата добавления: 2015-06-28