Описание технологического процесса и схемы.

 

Технологический процесс получения сложного азотно-фосфатного удобрения состоит из следующих стадий:

4.1. Прием и слив ЖКУ.

4.2. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком с получением растворов аммиачной селитры.

4.3. Донейтрализация аммиачной селитры с введением ЖКУ.

4.4. Упаривание полученного раствора до состояния высококонцентрированного плава и перекачивание плава наверх грануляционной башни.

4.5. Гранулирование плава с последующим охлаждением гранул.

4.6. Очистка отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.

4.7 Упаковка и хранение готового продукта [2].

 

4.1. Прием и слив ЖКУ.

 

ЖКУ поступают с ОАО “Аммофос” в железнодорожных цистернах. Из цистерны ЖКУ самотеком сливаются в приемную подземную емкость позиции Е - 30, откуда центробежными насосами позиции Н-32/_1,2 подаются в бак раствора ЖКУ позиции Е-34/_2,3. В зимнее время ЖКУ насосами Н-32/_1,2 подаются на подогреватель Т-33, где подогреваются до температуры 20°С и далее в расходные баки раствора ЖКУ позиции Е-34/_2,3 или по линии циркуляции в железнодорожную цистерну. Из расходных баков Е-34/_2,3 ЖКУ насосами позиции Н-100/_1,2 подаются на подогреватель ЖКУ Т-101/₁, где подогреваются до температуры 70-85°С.

Смешанный NP-раствор поступает на выпарной аппарат позиции Т-101, и далее на сепаратор позиции С-102. Из сепаратора раствор САФУ подается на донейтрализатор позиции Р-4, где смешивается с раствором аммиачной селитры (не менее 89% концентрации) из аппаратов ИТН.

Емкости позиций Е-8 и Е-34 используются для перехода с производства аммиачной селитры на САФУ и наоборот.

 

4.2 Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком с получением растворов аммиачной селитры.

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком является простой необратимой реакцией: NН₃+НNО₃®NН₄NО₃+Q, которая в обычных условиях протекает почти без образования побочных продуктов и с выделением теплоты (144,936 кДж/моль при взаимодействии 100 %-ных исходных продуктов).

Для процесса нейтрализации применяется азотная кислота с массовой долей не менее 57%, поэтому тепловой эффект реакции соответственно уменьшается на суммарную величину теплоты разбавления азотной кислоты и теплоты растворения твёрдой NН₄NО₃. Выделяющаяся в процессе нейтрализации теплота используется для испарения большей части воды из образующегося раствора аммиачной селитры, то есть на его концентрацию.

Процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком осуществ-ляется в двух параллельно работающих аппаратах ИТН, при давлением 20 кПа, с получением раствора аммиачной селитры с массовой долей NН₄NО₃ не менее 89%.

Температура процесса 148-165°С. Азотная кислота подаётся в агрегат из склада азотной кислоты, распределяется на два подогревателя позиции Т-2, где нагревается до температуры 75-95 °С за счёт теплоты конденсации сокового пара, и далее поступает в два аппарата ИТН.

Газообразный аммиак поступает в агрегат из заводской сети. Жидкий аммиак испаряется за счёт тепла конденсации пара, подаваемого во внутренний змеевик аппарата. Из аппарата Х-37 аммиак направляется в трубное пространство подогревателя Т-1, где нагревается до температуры 120-180°С паровым конденсатом, поступающим в межтрубное пространство теплообменника из пароувлажнителя X-42.

Соковый пар, образующийся при испарении NP-раствора в аппарате ИТН, и имеющий ту же температуру, поступает в сепарационную часть аппарата, где промывается от примесей аммиака и аммиачной селитры на 4-х колпачковых тарелках слабым закисленным NP-раствором и конденсатом сокового пара.

При необходимости переработки NP-раствора из хранилища Е-8 раствор насо-сом через фильтр подаётся в реакционную зону аппарата ИТН. При этом нагрузка по аммиаку на аппарат ИТН должна быть не менее 3600 кг/ч. Из аппаратов ИТН NP-раствор поступает в донейтрализатор Р-4, предназна-ченный для нейтрализации избытка азотной кислоты газообразным аммиаком, введения ЖКУ и поддержания щелочной среды раствора перед подачей его на стадию упаривания.

Для исключения попадания раствора на стадию упаривания перед выпарным аппаратом Т-10 установлен контрольный донейтрализатор Р-97.

 

4.3. Донейтрализация аммиачной селитры с введением ЖКУ.

 

NP-раствор с необходимым соотношением количества фосфатов и азота через донейтрализаторы Р-4 и Р-97, в которых газообразным аммиаком нейтрализуется избыточная кислотность раствора, поступает в выпарной аппарат позиции Т-10, где упаривается до состояния высококонцентрированного плава (Н₂О£0,5%). После выпарного аппарата Т-10 NP-плав с температурой 180°С по существующей схеме проходит гидрозатвор-донейтрализатор позиции Р-13, бак для плава Е-15/_1,2 и насосами подается в напорный бак отделения грануляции.

 

4.4. Упаривание полученного NP-раствора селитры до состояния

высококон­центрированного NP-плава и перекачивание плава

наверх грануляционной башни.

 

Упаривание полученного NP-раствора до состояния плава осуществляется под избыточным давление, за счёт использования тепла конденсации насыщенного пара и противоточной продувки горя­чим воздухом в выпарном аппарате Т-10. Раствор, поступающий в выпарной аппарат из донейтрализатора, равномерно распределяется на верхней трубной решётке и далее стекает по внутренней поверхности трубок в виде плёнки, упариваясь до массовой доли аммиачной селитры 99,0-99,5 %.

После трубчатки NP-плав поступает в нижнюю часть аппарата, и упаривается до массовой доли аммиачной селитры не менее 99,7 % [7].

Образовавшаяся ПВС с температурой не более 185°С поступает в промыватель. Здесь на трёх ситчатых тарелках происходит промывка ПВС закисленным раствором аммиачной селитры.

NP-плав из выпарного аппарата с температурой 175-185°С поступает в гидрозатвор-донейтрализатор Р-13, предназначенный для подщелачивания плава аммиаком перед перекачиванием его на стадию гранулирования.

 

4.5. Гранулирование NP- плава с последующим охлаждением гранул.

 

 

Процесс гранулирования высококонцентрированного NP-плава осуществляется в металлической грануляционной башне. Внизу гранулированной башни имеется встроенный металлический конус с двумя круговыми зазорами для подсоса воздуха из атмосферы. NP-плав с массовой долей аммиачной селитры не менее 99,7% и температурой 175-185°С из напорного бака Е-23 поступает в стояки перед грануляторами и далее через леечные акустические грануляторы Х-26 равномерно в виде капель разбрызгивается по всему сечению полного объёма грануляционной башни. Высота падения гранул в башне составляет 55м. Падающие капли NP-плава охлаждаются встречным потоком воздуха и кристаллизуются в виде гранул. Образовавшиеся гранулы САФУ с температурой 70-120°С через отверстие для выгрузки поступают на конвейер ПТ-30 и, далее, пройдя колосниковую решётку грохота для отделения комков и крупные частиц.

Гранулированные САФУ поступают в аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое Х-33, охлаждается до температуры не более 50 °С. Нестандартная фракция поступает на растворение в бак позиции Е-31. Охлаждённые гранулы конвейерами подаются на узел рассева и далее в отделение упаковки и на склад.

Для предотвращения слеживаемости и пылеобразования САФУ при хранении и транспортировке гранулы удобрения обрабатывают антислеживающей добавкой (поверхностно-активным веществом) на пересыпке с конвейера позиции ПТ-61.

 

4.6. Очистка отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.

 

Загрязнённый примесями NP-смеси и аммиака воздух из грануляционной башни и промывателя паровоздушной смеси Х-98, а также соковый пар из аппаратов ИТН и скруббера Х-86 поступают на очистку в промывной скруббер Х-29.

Очищенный воздух с содержанием аммиачной селитры не более 0,1г/м³ и аммиака не более 0,05г/м³ выбрасывается в атмосферу.

Промывной раствор, пройдя тарелки скруббера, возвращается в бак Е-20, откуда насосом вновь подаётся в скруббер. NP-растворы с пониженной массовой долей аммиачной селитры, которые образуются при налаживании технологического режима в период пуска аппаратов ИТН, при дренировании аппаратов и трубопроводов агрегата, при растворении некондиционного удобрения, собираются в хранилище позиции Е-8 (Е-34). Отсюда они подаются на переработку аппараты ИТН или, при низкой концентрации NP-раствора, - на установку упаривания слабых растворов. Хранилища позиции Е-8, Е-34 для сбора слабых возвратных NP-растворы используются: одно – в качестве рабочей, другое – в качестве резервной емкости. Это обеспечивает возможность проведения чистки хранилищ от накапливающегося шлама без остановки производства.

 

4.7 Упаковка и хранение готового продукта

 

САФУ после охлаждения в аппарате кипящего слоя Х-33 подаётся на конвейер ПТ-51. Затем элеватором ПТ-59/2 продукт подаётся на конвейер ПТ-61. Откуда САФУ может подаваться через двухпозиционный шибер с пневмоприводом Х-53 на конвейер ПТ-82 для отгрузки в железнодорожные вагоны насыпью или через ручной шибер Х-54 на конвейер ПТ-71 для упаковки и отгрузки в мешках.

Температура САФУ в бункерах регистрируется, предусмотрена сигнализация максимального и минимального уровней в бункерах. Сигнализация положения переключающих устройств, а также управление ими выведены на щит КИПиА в ДПУ.

Возможные просыпи при упаковке САФУ в мешки убираются в бункеры Е-54, из которых ленточным конвейерам ПТ-79 направляются в элеватор ПТ-81 и далее через переключающее устройство на упаковку.

 

5. Физико-химические основы технологии

Для выбора оптимальных условий получения САФУ с различным соотношением питательных веществ необходимы данные о температурах кристаллизации (плавления) системы NH₄NO₃ - NH₄H₂PO₄ при изменении соотноше-ния компонентов в широком интервале. Теоретически значения температур плавления и кристаллизации для одного и того же чистого вещества должны совпадать, но практика показывает, что полученные результаты могут не совпадать. Во-первых, аммиачная селитра в широком температурном интервале – от -30⁰С до 170⁰С претерпевает ряд полиморфных превращений. Во-вторых, моноаммоний фосфат характеризуется способностью при понижении температуры образовывать переохлажденные расплавы [1].

Кроме определения физических констант САФУ (температур кристаллизации и плавления) в ходе проведения исследований был изучен метод термического анализа о химической природе исследуемого продукта. В выполняемых исследованиях по термографической оценке природы САФУ изучаемый продукт был условно представлен в виде упрощенной модельной схемы, и его состав был рассмотрен по типу сплавляемой бинарной системы состоящей из аммиачной селитры и моноаммоний фосфата.

Таблица 5.1

Результаты ДТА для смесей NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄

NH4NO3/NH4H2PO4, % масс.
Соотношение NH4NO3/ NH4H2PO4	10/0	95/5	85/15	80/20	60/40	50/50	30/70	10/90
Температура кристаллизации и системы						172,5
Содержание PO2 в системе		3,1	9,3	12,4	24,7	30,9	43,2	55,6

 

Причиной значительного расхождения данных по температурам плавления в системе NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄ в области кристаллизации моноаммоний фосфата могут служить такие процессы, протекающие с ним при высоких температурах. При длительном нагревании моноаммоний фосфата в процессе проведения опыта происходит отщепление воды с образованием полифосфата аммония, характеризующегося определенными физико-химическими свойствами. Выступая как индивидуальное химическое соединение, он, в свою очередь, меняет физико-химические свойства системы NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄. Выделение воды при нагревании подтверждается интенсивным вскипанием системы в области повышенных температур, правее эвтектической точки. Следовательно, метод определения температур плавления и полиморфных превращений должен быть экспрессным, характеризоваться высокой прочность и чувствительностью. Поэтому для решения данной задачи как наиболее адекватным признан метод ДТА [12].

Полиморфные превращения аммиачной селитры и минеральных удобрений на ее основе оказывают большое влияние на такие потребительские свойства, как слеживаемость, гигроскопичность, смешиваемость. Изучение двойной системы NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄ методом (ДТА), а также сравнительный анализ кривых ДТА чистой аммиачной селитры и выпускаемой в последние годы аммиачной селитры с магнезиальной добавкой, имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Выделяют четыре типичных эндоэффекта, которые характеризуют:

- IV (ромбическая) ↔ III (ромбическая);

- III (ромбическая) ↔ II (тетрагональная);

- II (тетрагональная) ↔ I (кубическая);

- I (кубическая) ↔ расплав.

Сравнительное определение температуры модификационных переходов в циклах нагрева и охлаждения проводились для следующих типов соединений, выступающих в производственной практике: нитрата аммония «ч», технической аммиачной селитры с магнезиальной добавкой и лабораторных образцов САФУ с содержанием P₂O₅ 0,41 и 5,7% P₂O₅.

Присутствие магнезиальной добавки на 6 ⁰С снижало температуру плавления аммиачной селитры (169⁰С и 136⁰С) и на 3⁰С – температуру начала кристаллизации (167⁰С и 164⁰С). Фосфатная добавка в количестве 0,6% P₂O₅ увеличивает температуру начала перехода IV → III на 11-12 ⁰С (42-43⁰С и 52-55⁰С), для переходов III → II и II → I она остается такой же, как и для аммиачной селитры.

Для проб САФУ с содержанием 0,41-5,7% P₂O₅ наблюдалась тенденция к понижению температуры плавления на 16⁰С (153⁰С и 169⁰С) и увеличение температуры фазовых переходов III → II на 4-8⁰С (92-96⁰С и 88⁰С) и IV → III на 6-14⁰С (49-57⁰С и 42-43⁰С) при практически неизменной температуре фазового перехода II → I (129 ⁰С) по сравнению с чистой аммиачной селитрой.

Таблица 5.2

Температуры фазовых переходов САФУ при нагреве

 

Содержание P2O5, %	IV → III	III → II	II → I	I → расплав
5,7 (САФУ)
1,6
1,0
0,78
0,41
	42-43

 

При увеличении содержания в системе NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄ моноаммоний фосфата (от 0 до 5,7% P₂O₅) наблюдается тенденция снижения температуры плавления с 169⁰С до 153⁰С, повышения температуры фазовых переходов IV → III и III → II с 42 ⁰С до 54⁰С и с 88⁰С до 94⁰С соответственно. Температура перехода II → I осталась практически неизменной.

Снижение температуры плавления системы позволит экономить тепловую энергию на технологических стадиях упаривания и грануляции. Особенно важным является повышение температуры фазового перехода IV → III САФУ. В этом случае можно снизить расход холодного воздуха для охлаждения гранул в холодильнике кипящего слоя внизу грануляционной башни перед подачей готового продукта на склад.

 

 

6. Технологические расчеты

6.1. Материальный и тепловой балансы производства САФУ

 

6.1.1 Материальный баланс аппарата ИТН

 

Исходные данные для расчетов

 

1. Производительность агрегата…………………………………….450 тыс.т/год

2. Число дней работы установки в год………………………………………330

3. Производительность по 100%-ной NH₄NO₃, кг/ч.………………………...56800

4. Давление процесса ат. абс ……………………………………………………1,05

8. Концентрация азотной кислоты, % мас…………………………………….….58

6. Концентрация газообразного аммиака, % мас…………………………….....100

7. Потери азотной кислоты с соковым паром, кг…………………………..........7,5

8. Потери нитрата аммония с соковым паром, кг…………………………….....2,5

9. Для промывки сокового пара от аммиачной селитры и азотной кислоты в промывную зону аппарата ИТН подается КСП, кг/ч…………………………....…..3003

в том числе:

воды, кг/ч................……………………………………………………................2979

азотной кислоты, кг/ч……………………………………………………….……...12

нитрата аммония, кг/ч……………………………………………………….……..12

Молярная масса NH₄NO₃, кг/кмоль………………………………………….……80

Молярная масса HNO₃, кг/кмоль…………………………………………….……63

Молярная масса NH₃, кг/кмоль……………………………………………….…...17

Молярная масса Н₂О, кг/кмоль………………………………………..………......18

 

1) Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком протекает по реакции: NН₃+НNО₃ ® NН₄NО₃+Q ∆Н = -146490 кДж

2) Теоретически расход НNО₃ по реакции равен на 1 т. NН₄NО₃:

из 63 кг HNO₃ получается 80 кг NH₄NO₃

из х кг HNO₃ получается 1000 кг NH₄NO₃ , отсюда

3) Практически расход с учетом потерь:

4) Теоретический расход 100%-ного NН₃ по реакции равен:

из 17 кг NH₃ получается 80 кг NH₄NO₃

из х кг NH₃ получается 1000 кг NH₄NO₃ , отсюда

.

5) Практический расход NН₃: 12,5+2,5 = 215 кг.

6) Часовой расход НNО₃ в аппарате ИТН: 795 · 56,8 = 45156 кг/ч

Часовые потери НNО₃: 7,5 · 56,8 = 426 кг/ч

7) Часовой расход NН₃: 215 · 56,8 =12212 кг/ч

Часовой потери NН₃: 2,5 · 56,8 =142 кг/ч

8) Расход 58%-ой кислоты на нейтрализацию:

.

9) Масса Н₂О в растворе: 77855 – 45156 = 32699 кг/ч

10) Общая масса раствора NН₃ и НNО₃: 77855 + 12212 = 90067 кг/ч

11) Концентрация раствора NН₄NО₃ без учета испарения Н₂О за счет тепла реакции нейтрализации:

12) С учетом испарения Н₂О концентрация раствора NН₄NО₃ на выходе из аппарата ИТН принимается 90%. Правильность выбранной концентрации проверяется тепловым расчетом. Масса 90%-го раствора NН₄NО₃:

13) Масса Н₂О содержащая в этом растворе: 63111 – 56800 = 6311 кг

14) Масса Н₂О, испарившейся за счет тепла нейтрализации и перешедшая в СП пар: 32699 – 6311 = 26388кг/ч

Мы рассчитали материальный баланс аппарата ИТН по основным потокам NН₃ и раствору НNО₃. Однако с 1-й тарелки сепараторной зоны по переливной трубе в реакционную часть поступает 20%-ый раствор NН₄NО₃. Этот раствор смешивается с основной массой циркуляционного 90%-го раствора NН₄NО₃ и упарившегося до 90%-го раствора NН₄NО₃. Объем 20%-го раствора 6,4 /ч, плотность 1,085 т/.

Уточним материальный баланс с учетом прихода 20%-го раствора NН₄NО₃.

15) Масса 20%-го раствора NН₄NО₃: 6,4 · 1,085 = 6,944т/ч = 6944кг/ч.

16) Масса NН₄NО₃ в 20%-ом растворе: 6944 · 0,2 = 1389кг/ч

17) Масса 90%-го раствора нитрата аммония после упарки 20%-го раствора:

1389/0,9 = 1543 кг

18) Масса испарившейся Н₂О: 6944 – 1543 = 5401 кг

19) Общая масса выходящего 90%-го раствора NН₄NО₃ из ИТН:

63111 + 1543 = 64654кг.

20) Общая масса выходящего сокового пара из аппарата ИТН складывается из массы потерь NН₃ и НNО₃ и массы дополнительного пара после упарки 20%-го раствора:

26388 + 5401 + 426 + 142 = 32357кг.

21) Общий приход и расход массы.

Приход: 90067 + 6944 = 97011кг

Расход: 64654 + 32357 = 97011кг.

Таблица 6.1

Материальный баланс процесса нейтрализации (на два аппарата ИТН)

Приход	Кг/ч	% масс	Расход	Кг/ч	% масс
Газообразный аммиак (с м. д. NН3 99,6 %),			Раствор аммиачной селитры с м. д. NН4NО3 90% на выходе из аппарата ИТН
Азотная кислота с масс. дол. НNО3 80%, в том числе НNО3 Н2О			Соковый пар, в том числе: Н2О NН4NО3 НNО3
Раствор аммиачной селитры с м. д. NН4NО3 20%, том числе NН4NО3 Н2О
Всего:			Всего:

В данном разделе произведен расчет материального баланса на два аппарата ИТН. При этом получается большое количество сокового пара, который используется для подогрева исходных реагентов и воздуха в теплообменниках. Большое количество воды для сокового пара приходит с раствором азотной кислоты (81% от прихода).

6.1.2 Тепловой баланс аппарата ИТН

 

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Температура аммиака………………………………………….……………..125°С

Температура раствора азотной кислоты ………………………………..……90°С

Температура сокового пара………………………………………………….106 °С

Целью расчета теплового баланса является определение всех потоков прихода и расхода тепла.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла:

Q_ПРИХ = Q_РАСХ (6.1)

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = Q₅ + Q₆+ Q₇+ Q₈+ Q₉+ Q₁₀, (6.2)

где Q₁ – физическое тепло 58%-й НNО_3,кДж;

Q₂ – физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ – физическое тепло 20%-го раствора, кДж;

Q₄ – тепловой эффект реакции нейтрализации, кДж;

Q₅–эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора NН₄NО₃ 20%-ым раствором NН₄NО₃, кДж;

Q₆ – теплота, затраченная на испарение Н₂О из раствора NН₄NО₃, кДж

Q₇ – теплота, затраченная на испарение НNО₃ и раствора азотной кислоты, кДж

Q₈ – физическое тепло сокового пара, кДж

Q₉ – физическое тепло 90%-го раствора NН₄NО₃, кДж

Q₁₀ – потери тепла в окружающую среду, кДж.

 

 

Расчет прихода тепла

1) физическое тепло азотной кислоты рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.3)

где m – масса азотной кислоты, кг;

с – теплоемкость азотной кислоты, кДж/кг·К;

t – температура азотной кислоты, °С.

Q₁ = 77855 · 2,780 · 90 = 19479321 кДж.

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.4)

где n – количество аммиака, кмоль;

c – теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t – температура аммиака, °С.

Q₂ = 12212 · 2,26 · 125 = 3449890 кДж

3) физическое тепло конденсата сокового пара рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.5)

Q₃ = 6944 · 3,530 · 108 = 2647331 кДж

4) Q₄ тепло реакции нейтрализации является суммой следующих теплот:

- теплота дегидратации азотной кислоты (она численно равна теплоте разбавления HNO₃ водой до концентрации 58%), кДж/кг HNO₃:

q₁ = = 357,88

- теплота дегидратации, приходящаяся на 1 кг NH₄ NO₃, кДж:

q₂ = = 281,7

- теплота нейтрализации в соответствии с реакцией на 1 кг NH₄ NO₃, кДж:

q₃ = = 1830,2

- теплота растворения образовавшегося нитрата аммония до концентрации 90% на 1 кг NH₄ NO₃, кДж/кг: q₄ = 76

Удельная теплота нейтрализации равна:

q₅ = 1830,2 – 281,7 – 76 = 1472,5 кДж/кг

 

Вычислим тепло реакции нейтрализации:

Q₄ = 1472,5 · 56800 = 83638000 кДж

Общий приход тепла

Q_прих = 19479321 + 3449890 + 2647331 + 83638000 = 109214542 кДж

 

Расчет расхода тепла

 

5) Масса NН₄NО₃ в разбавленном растворе: 56800 + 1389 = 58189кг

Общая масса разбавленного раствора: 63111 + 6944 = 70055кг

Концентрация раствора после разбавления: 58189 · 100/70055 = 83%масс

Затраты тепла на растворение NН₄NО₃ до концентрации 83%:

122кДж/кг · 58189кг = 7099058кДж

Затраты тепла на растворение NН₄NО₃ до концентрации 90%:

76кДж/кг · 58189кг = 4422364кДж

Q₅ = 7099058 – 4422364 = 2676694кДж

6) теплоту, затраченную на испарение воды из раствора аммиачной селитры, рассчитаем по формуле:

Q₇ = ΔН_исп. · G, (6.6)

где ΔН_исп – средняя теплота испарения воды при и концентрации раствора от 63 до 90%масс,кДж/кг, кДж/кг;

G – масса испарившейся воды, кг.

кДж/кг

кг

Q₆ = 2252 ·31418 = 70753336кДж

7) Тепло, затраченное на испарение HNO₃ из раствора азотной кислоты, вычислим следующим образом:

- теплота дегидратации равна 357,88 кДж/кг;

- теплота испарения HNO₃ из 100%-го раствора равна 626,3 кДж/кг

- вычислим Q₇: Q₇ = 426 · (357,88 + 626,3) = 419260,68 кДж

8) Q₈ = 32357 · 1,895 · 155,5 = 9534718 кДж

9) Q₉ = 64654 · 2,193 · 155,5 = 22047758 кДж

10) Q₁₀= Q_прих – (Q₅ +Q₆+ Q₇+ Q₈+ Q₉) (6.7)

Q₁₀ = 109214542 - 105431766,7 = 3782775,3кДж,

Таблица 6.2

Тепловой баланс на два аппарата ИТН.

Приход	Кг/ч	% масс	Расход	Кг/ч	% масс
Q1 – физ. тепло 58%-й НNО3 кДж;		17,8	Q5–эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора NН4NО3 20%-ым раствором NН4NО3, кДж;		2,5
Q2 – физ. тепло газообразного аммиака, кДж		3,2	Q6 – теплота, затрачен-ная на испарение Н2О из раствора NН4NО3, кДж		64,8
Q3 –физ. тепло 20%-го раствора, кДж;		2,4	Q7 – теплота, затрачен-ная на испарение НNО3 и раствора азотной кислоты, кДж	419260,68	0,4
Q4 – теп. эффект реакции нейтра-лизации, кДж		76,6	Q8 – физ. тепло сокового пара, кДж		8,7
			Q9 – физ. тепло 90%-го раствора NН4NО3, кДж		20,2
			Q10 – потери тепла в окружающую среду, кДж	3782775,3	3,4
Всего:			Всего:

 

В данном разделе произведен расчет теплового баланса на два аппарата ИТН. Значительную часть прихода тепла составляет тепло реакции нейтрализации (76,6%), а в расходе тепла – это тепло, затраченное на испарение воды из раствора аммиачной селитры (64,8%).

 

 

6.1.3 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Массовая доля NH₄NO₃ в выходящем растворе…………………………..…..0,885

В аппарат подается добавка ЖКУ, кг/ч…………………………….….…..…6336,4

в том числе

фосфаты аммония, кг/ч…………………………………………………..……4749,2

вода, кг/ч ………………………………………………………………………1587,2

Потери аммиака, %мас………………………………………..…………………...58

Потери фосфатов аммония, %мас………...…………………………………….0,09

 

Расчет материального баланса.

 

1) Нейтрализация азотной кислоты происходит по реакции

NН₃+НNО₃ ® NН₄NО₃+Q ∆Н = -146490 кДж

В донейтрализатор поступает 27кг/ч аммиака. Учитывая потери, прореагирует только 15,7 кг аммиака. Вычислим, сколько азотной кислоты при этом нейтрализуется:

17 кг NH₃ – 63 кг HNO₃

15,5 кг NH₃ – х кг HNO₃

Тогда останется азотной кислоты: 87 – 57,4 = 29,6 кг.

2) Найдем сколько получится нитрата аммония:

17 кг NH₃ – 80 кг NH₄NO₃

15,5 кг NH₃ – х кг NH₄NO₃

Тогда в выходящем из донейтрализатора растворе САФУ содержится нитрата аммония: 51504,4 + 72,9 = 51577,3 кг/ч

3) В аппарат с добавкой ЖКУ и аммиаком поступает вода. Вычислим, сколько воды будет в выходящем растворе:

5722,7 + 1587,2 + 0,1 = 7310 кг/ч.

4) составим таблицу материального баланса

Таблица 6.3

Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Статьи прихода	кг/ч	%мас	Статьи расхода	кг/ч	%мас
Раствор аммиачной селитры с м.д. NH4NO3 0,9, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О	57314,1   51504,4 5722,7	85,3	Раствор САФУ с м.д. NH4NO3 0,885, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О фосфаты аммония	63661,7     51577,3 29,6 4744,8	99,98
ЖКУ, в том числе фосфаты аммония Н2О	6336,4 4749,2 1587,2		Потери NH3 фосфаты аммония	15,9 11,5 4,4	0,02
Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе Н2О NH3	27,1 0,1	4,7
ИТОГО	63677,6		ИТОГО	63677,6

 

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 85,3%, а расходуется больше раствора САФУ – 99,98%.

6.1.4 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

 

Исходные данные:

Данные теплового баланса аппарата ИТН

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура ЖКУ……………………………………………………………....80°С

Потери тепла………………………………………………………………………4%

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ = Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉, (6.8)

где Q₁ – физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры, кДж;

Q₂ – физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ – физическое тепло ЖКУ, кДж;

Q₄ – тепло реакции нейтрализации, кДж;

Q₅ – тепло пара, подаваемого на обогрев донейтрализатора, кДж;

Q₆ – физическое тепло раствора САФУ, кДж;

Q₇ – физическое тепло аммиака в скруббер-нейтрализатор, кДж;

Q₈ – теплота, затраченная на разбавление 90%-го раствора аммиачной селитры 4,4%-м раствором, кДж;

Q₉ – потери тепла, кДж.

 

Расчет прихода тепла:

 

1) физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры рассчитаем:

Q = m · c · t, (6.9)

где m – масса 90%-ного раствора аммиачной селитры, кг;

с – теплоемкость 90%-ного раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t – температура 90%-ного раствора аммиачной селитры, °С.

Q₁ = 57314,1 ·2,400 · 155 = 21320845,2 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.10)

где n – количество аммиака, кмоль;

c – теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t – температура аммиака, °С.

Q₂ = = 5196,3 кДж

3) физическое тепло ЖКУ рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.11)

где m – масса ЖКУ, кг;

с – теплоемкость ЖКУ, кДж/кг·К;

t – температура ЖКУ, °С.

Теплоемкость ЖКУ рассчитаем по правилу аддитивности, используя теплоемкости чистых веществ и зная массовые доли их в растворе:

с_ЖКУ = 1,349 · 0,75 + 4,19 · 0,25 = 2,059 кДж/кг·К

Q₃ = 6336,4 · 2,059 · 80 = 1043731,8 кДж

4) рассчитаем тепло реакции нейтрализации:

при нейтрализации 63 кг HNO₃ выделяется 146490 кДж тепла

при нейтрализации 57,4 кг HNO₃ выделяется х кДж тепла

Q₄ = = 133468,7 кДж

5) выразим тепло пара, кДж: Q₅ = n · 36,1 · 183= n · 6606,3

6) приход тепла равен:

Q_ПРИХ = 21320845,2 + 5196,3 + 1043731,8 + 133468,7 + n · 6606,3

Q_ПРИХ = 22503242 + n · 6606,3

 

Расчет расхода тепла:

 

7) физическое тепло раствора САФУ с массовой долей нитрата аммония 0,88 рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.12)

где m – масса раствора САФУ, кг;

с – теплоемкость раствора САФУ, кДж/кг·К;

t – температура раствора САФУ, °С.

Q₆ = 63661,7 · 2,200 · 155 = 21708639,7 кДж

8) физическое тепло аммиака в скруббер нейтрализатор, кДж, рассчитаем по формуле:

Q₇ = = 2205,1 кДж

9) вычислим эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора аммиачной селитры 4,4%-м раствором, образующимся при смешении образующегося нитрата аммония с водой, пришедшей с ЖКУ:

-масса NH₄ NO₃ в разбавленном растворе, кг: 51577,3

-общая масса разбавленного раствора, кг: 51577,3 + 7310 = 58887,3

-концентрация раствора после разбавления: 5157730/58887,3 = 88%

-затраты тепла на растворение NH₄ NO₃ до 90% составляют:

q₁ = 76 кДж/кг ∙ 51577,3 кг = 3919874,8 кДж

-затраты тепла на растворение NH₄ NO₃ до 88% составляют:

q₂ = 78 кДж/кг ∙ 51577,3 кг = 4023029,4 кДж

-затраты тепла на разбавление 90%-го раствора до 88%-го составляют:

Q₈ = 4023029,4 – 3919874,8 = 103154,6 кДж

10) выразим потери тепла: Q₉ = (22503242 + n · 6606,3) · 0,04

11) расход тепла равен: Q_РАСХ = 21708639,7 + 2205,1 + 103154,6 + Q₉

Q_РАСХ = 22754129,1 + 264,3 · n

12) вычислим расход пара, исходя из условия теплового баланса:

22503242 + n · 6606,3 = 22754129,1 + 264,3 · n

n = 40 кмоль; n = 40кмоль · 18 кг/кмоль = 720 кг

13) вычислим тепло пара, кДж по формуле: Q₅ = 40 · 36,1 · 183 = 264252 кДж

14) вычислим приход тепла: Q_ПРИХ = 22503242 + 264252 = 22767494 кДж

15) вычислим потери тепла: Q₉ = (22503242 + 40 · 6606,3) · 0,04 = 910699,8 кДж

16) вычислим расход тепла: Q_РАСХ = 22754129,1 + 264,3 · 40 = 22764701,1 кДж

17) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.4

Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

ПРИХОД	РАСХОД
Поток	кДж/ч	%	Поток	кДж/ч	%
Q1–физ. тепло 90%-го раствора NH4NO3	21320845,2	93,6	Q6–физическое те-пло раствора САФУ	21708639,7	95,4
Q2–физическое тепло газообраз-ного аммиака	5196,3	0,02	Q7–физ. тепло газо-образного аммиака в скруббер-нейтрали-затор	2205,1	0,09
Q3–физическое тепло ЖКУ	1043731,8	4,58	Q8–тепло разбав-ления	103154,6	0,51
Q4 – тепло реакции нейтрализации	133468,7	0,6	Q9 – потери тепла	910699,8
Q5–физ. тепло пара		1,2
ВСЕГО			ВСЕГО	22764701,1

 

В данном разделе произведен расчет теплового баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры – 93,6%, а расходуется больше раствора САФУ – 95,4%.

 

6.1.5 Материальный баланс донейтрализатора Р-97

 

Исходные данные:

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Массовая доля NH₄NO₃ в выходящем раствор………………………………0,885

Потери аммиака…………………………………………………………….58%мас

Потери фосфатов аммония……………………………………………….0,09%мас

 

1) небольшой избыток аммиака (0,5 г/л) должен быть в выходящем растворе аммиачной селитры , так как в барабан должен поступать раствор САФУ рН = 4,5–5. Этот избыток будет составлять 10,1 кг/ч, тогда прореагирует аммиака:

27 – 11,5 – 10,1 = 5,4 кг

2) вычислим, сколько азотной кислоты нейтрализуется:

17 кг NH₃ – 63 кг HNO₃

5,4 кг NH₃ – х кг HNO₃

х = 20,4 кг/ч

Тогда останется азотной кислоты: 29,6 – 20,4 = 9,2 кг

3) Найдем сколько получится нитрата аммония:

17 кг NH₃ – 80 кг NH₄NO₃

5,4 кг NH₃ – х кг NH₄NO₃

х = 25,9 кг/ч

Тогда в выходящем из донейтрализатора растворе САФУ нитрата аммония содержится: 51577,3 + 25,9 = 51603,2 кг/ч

4) составим таблицу материального баланса

 

Таблица 6.5

Материальный баланс донейтрализатора Р-97

Статьи прихода	кг/ч	%мас	Статьи расхода	кг/ч	%мас
Раствор САФУ с м.д. NH4NO3 0,881, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О фосфаты аммония	63661,7 51577,3 29,6 4744,8	99,96	РастворСАФУ с м.д. NH4NO3 0,885, в т.ч. NH4NO3 HNO3 NH3 Н2О фосфаты аммония	63672,9 51603,2 9,2 10,1 4740,4	99,98
Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе Н2О NH3	27,1 0,1	0,04	Потери NH3 фосфаты аммония	15,9 11,5 4,4	0,02
ИТОГО	63688,8		ИТОГО	63688,8

 

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-97. Большую часть прихода составляет раствор САФУ – 99,96%, а расходуется больше раствора САФУ – 99,98%.

 

6.1.6 Тепловой баланс донейтрализатора Р-97

 

Исходные данные:

Данные теплового баланса донейтрализатора Р-4

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура аммиака……………………………………………………..…..120°С

Потери тепла……………………………………………………………………..4%

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = Q₅ + Q₆ + Q₇, (6.13)

где Q₁ – физическое тепло раствора САФУ с м.д. NH₄NO₃ 0,88, кДж;

Q₂ – физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ – тепло реакции нейтрализации, кДж;

Q₄ – тепло пара, подаваемого на обогрев донейтрализатора, кДж;

Q₅ – физическое тепло раствора САФУ на выходе, кДж;

Q₆ – физическое тепло аммиака в скруббер-нейтрализатор, кДж;

Q₇ – потери тепла, кДж.

 

Расчет прихода тепла:

 

1) физическое тепло раствора САФУ с массовой долей нитрата аммония 0,88 рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.14)

где m – масса раствора САФУ, кг;

с – теплоемкость раствора САФУ, кДж/кг·К;

t – температура раствора САФУ, °С.

Q₁ = 63661,7 · 2,200 · 155 = 21708639,7 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.15)

где n – количество аммиака, кмоль;

c – теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t – температура аммиака, °С.

Q₂ = = 5196,3 кДж

1) рассчитаем тепло реакции нейтрализации:

при нейтрализации 63 кг HNO₃ выделяется 146490 кДж тепла

при нейтрализации 20,4 кг HNO₃ выделяется х кДж тепла

Q₃ = = 47434,9 кДж

4) выразим тепло пара, кДж: Q₄ = n · 36,1 · 183 = n · 6606,3

5) приход тепла равен:

Q_ПРИХ = 21708639,7 + 5196,3 + 47434,9 + n · 6606,3

Q_ПРИХ = 21761270,9 + n · 6606,3

 

Расчет расхода тепла:

6) физическое тепло раствора САФУ на выходе из донейтрализатора:

Q₅ = 63672,9 · 2,209 · 150,3 = 21140211,5 кДж

8) физическое тепло аммиака в скруббер нейтрализатор:

Q₆ = = 2205,1 кДж

9) выразим потери тепла:

Q₇ = (21761270,9 + n · 6606,3) · 0,04

10) расход тепла равен: Q_РАСХ = 21140211,5 + 2205,1 + Q₇

Q_РАСХ = 22012867,4 + 264,3 · n

11) вычислим расход пара, исходя из условия теплового баланса:

21761270,9 + n · 6606,3= 22012867,4 + 264,3 · n

n = 40 кмоль; n = 40кмоль · 18 кг/кмоль = 720 кг

13) вычислим тепло пара, кДж : Q₄ = 40 · 36,1 · 183 = 264252 кДж

14) вычислим приход тепла: Q_ПРИХ = 21761270,9 + 264252 = 22025522,9кДж

15) вычислим потери тепла: Q₇ = (21761270,9 + 40 · 6606,3) · 0,04 = 881020,9 кДж

16) вычислим расход тепла: Q_РАСХ = 22012867,4 + 264,3 · 40 = 22023439,4 кДж

17) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.6.

Тепловой баланс донейтрализатора Р-97

ПРИХОД	РАСХОД
Поток	кДж/ч	%	Поток	кДж/ч	%
Q1	21708639,7	98,6	Q5	21140211,5
Q2	5196,3	0,02	Q6	2205,1	0,01
Q3	47434,9	0,2	Q7	881020,9	3,99
Q4		1,18
ВСЕГО	22025522,9		ВСЕГО	22023439,4

 

В данном разделе произведен расчет теплового баланса донейтрализатора Р-97. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры – 98,6%, а расходуется больше раствора САФУ – 96%.

 

6.2. Материальный и тепловой балансы производства аммиачной селитры

 

6.2.1 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

 

Материальный баланс донейтрализатора Р-4 (с введением магнезиальной добавки)

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Раствор нитрата магния 37% Mg(NO₃)₂………………………………..1900,8 кг/ч:

в том числе Mg(NO₃)2…………………………………………………….703,3 кг/ч

H₂O…………………………………………………………………..……1197, 5 кг/ч

 

Расчет материального баланса.

1) Нейтрализация азотной кислоты происходит по реакции

NН₃+НNО₃ ® NН₄NО₃+Q ∆Н = -146490 кДж

Газообразный аммиак для донейтрализации азотной кислоты:

кг/ч аммиака,

где 17,63 – молекулярные массы аммиака и азотной кислоты соответственно;

88 – количество азотной кислоты, кг/ч;

С учетом потерь (2,5 кг/ч на 1000 кг аммиачной селитры)

111,5 кг/ч NH₄NO₃ – х

1000 кг/ч NH₄NO₃ – 2,5 кг/ч NH₃

х = 0,28 кг/ч

Общий расход аммиака: 23,7 + 0,28 = 24 кг/ч NH₃ (100%-ного)

Количество 99,6%-ного аммиака необходимого для донейтрализации:

99,6%-ного аммиака

Количество воды, содержащейся в 99,6 %-ом аммиаке:

24,1-24=0,1 кг/ч воды

 

 

Расход:

Раствор аммиачной селитры с массовой долей NH₄NO₃ 88,5% , входящей в донейтрализатор:

NH₄NO₃ (100%) = 59165+111,5=59 276,5 кг/ч

Mg(NO₃)₂= 703,3 кг/ч

H₂O=5401+1197,5+0,1=6598,6 кг/ч

Таблица 6.7

Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Статьи прихода	кг/ч	%мас	Статьи расхода	кг/ч	%мас
Раствор аммиачной селитры с м.д. NH4NO3 0,9, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О		97,1	Раствор аммиачной селитры в том числе NH4NO3 Mg(NO3)2 Н2О	66578,8   59276,5 703,3
Раствор нитрата магния 37% в т.ч. Mg(NO3)2 H2O	1900,8 703,3 1197,5	2,86
Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе Н2О NH3	24,1 0,1	0,04
ИТОГО	66578,9		ИТОГО	66578,8

 

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры – 97,1%, а расходуется больше раствора аммиачной селитры – 100%.

 

6.2.2 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

 

Исходные данные:

Данные теплового баланса аппарата ИТН

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура нитрата магния……………………………………………………80°С

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Расчет теплового баланса.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₇ , (6.16)

где Q₁ – физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры, кДж;

Q₂ – физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ – физическое тепло 37% раствора нитрата магния, кДж;

Q₄– физическое тепло раствора САФУ, кДж;

Q₅ – потери тепла, кДж.

 

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.17)

где m – масса 90%-ного раствора аммиачной селитры, кг;

с – теплоемкость 90%-ного раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t – температура 90%-ного раствора аммиачной селитры, °С.

Q₁ = 64654 · 1,86 · 160 = 19241030,4 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.18)

где n – количество аммиака, кмоль;

c – теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t – температура аммиака, °С.

Q₂ = 24,1 · 2,3 · 120 = 6651,6 кДж

3) физическое тепло 37%-ного раствора нитрата магния рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.19)

где m – масса нитрата магния, кг;

с – теплоемкость нитрата магния, кДж/кг·К;

t – температура нитрата магния, °С.

Q₃ = 1900,8 · 3,05 · 80 = 463795,2 кДж

6) приход тепла равен:

Q_ПРИХ = 19241030,4 + 6651,6 + 463795,2 = 19711477,2 кДж

Расчет расхода тепла:

4) физическое тепло раствора аммиачной селитры с массовой долей 88,5% рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.20)

где m – масса раствора аммиачной селитры, кг;

с – теплоемкость раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t – температура раствора аммиачной селитры, °С.

Q₄ = 66578,8 · 1,95 · 150 = 19474299 кДж

5) выразим потери тепла:

Q₅ = 19711477,2 – 19474299 = 237178,2 кДж

6) расход тепла равен:

Q_РАСХ = 19474299 + 237178,2 = 19711477,2 кДж

7) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.8

Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

ПРИХОД	РАСХОД
Поток	кДж/ч	%	Поток	кДж/ч	%
Q1	19241030,4	97,6	Q4		98,8
Q2	6651,6	0,03	Q5	237178,2	1,2
Q3	463795,2	2,35
ВСЕГО	19711477,2		ВСЕГО	19711477,2

 

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры – 97,6%, а расходуется больше раствора аммиачной селитры – 98,8%.

 

 

6.3. Конструктивный расчет основного аппарата ИТН

В данной схеме производства используется вертикальный цилиндрический аппарат ИТН, состоящий из двух частей: реакционной и сепарационной. Реакционный стакан имеет отверстие в нижней части. Выше отверстий расположены барботер аммиака, ниже барботера газообразного аммиака – кольцевой барботер азотной кислоты. Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором.

Сепарационная часть аппарата – промыватель с четырьмя колпачковыми тарелками и двумя отбойниками. Среда: азотная кислота, аммиак, раствор NP-удобрения (аммиачной селитры) с массовой долей NН₄NО₃ до 91%, фосфаты аммония до 10 %, соковый пар.

1. Объем реакционной зоны:

, (6.21)

где V - расход реагентов в реакторе, м/с,

-время пребывания в реакционном стакане, с

V_з = 8,44 × 0,5 = 4,22 м³

2. Площадь поперечного сечения:

S = V/w, (6.22)

где w- линейная скорость потока в реакторе, м/с

S = 4,22/3,5 = 1,2 м²

3. Диаметр реакционного стакана:

D = (6.23)

D =м

4. Высота стакана:

H = V_p /S, (6.24)

H = 4,22/1,2=3,5м

По имеющимся диаметру и высоте реакционного стакана, учитывая число тарелок, находим по таблице высоту сепарационной части: H = 7660мм.

Следовательно, высота аппарата ИТН будет равна: 7660 + 3500 = 11160мм.

6.4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

 

Вспомогательным оборудованием процесса нейтрализации азотной кислоты газообразным являются: теплообменники, донейтрализаторы и скруббер.

Рассчитаем и подберем по ГОСТу подогреватель газообразного аммиака Т-1.

Перед подачей аммиака в аппарат ИТН аммиак нагревают до температуры 120-180 ⁰С в цилиндрическом одноходовом кожухотрубчатом теплообменнике.

Количество тепла Q, Вт, затрачиваемое на нагрев раствора определяется по формуле:

Q = G · c · Δt , (6.25)

где G – расход раствора ДАФ, кг/с;

c - теплоёмкость раствора, Дж/ (кг·К);

Δt –разность температур, ^оС;