Производство диаммонийфосфата

 

6. Тепловой баланс

 

Суммарная теплота смесителя-нейтрализатора определяется теплотами, вносимыми: кислотой (Qк), аммиаком (Qа), теплотами реакции (Qр).

Тепло расходуется  для нагревания аммонизированной пульпы(Qп), и  при потерях в окружающую среду (Qпот):

Qк+ Qа = Qп+ Qпот

Приход тепла.

С газообразным аммиаком:

Qа = Ga x Ca x t

Qа = 9879 x 1,541 x 30=456706 кДж

С фосфорной  кислотой:

Qк = Gк x Cк x t

Qк = 53191 x 2,06 x 40=4382938 кДж

Теплота пульпы состоит из теплот реакций образования моноаммонийфосфата (Qмаф) и диаммонийфосфата (Qдаф) и определяется по формуле:

Qр= Qмаф+ Qдаф

Теплота реакции  образования моноаммонийфосфата (Qмаф) определяется по формуле:

Н₃РО₄ + NН₃ = NН₄Н₂РО₄+75362кДж

 кДж

Теплота реакции  образования диаммонийфосфата (Qдаф) определяется по формуле:

NН₄Н₂РО₄ + NН₃ = (NН₄)₂НРО₄+96296кДж

кДж

Qр= 10484184 + 42562832= 53047016 кДж

Расход  тепла.

Для нагревания аммонизированной пульпы до 140 ºС необходимо:

Qп = 56422 x 2,608 x 140=20600800кДж

Теплопотери:

Qпот = 0,03 x Qприх

Qпот = 0,03 x 20600800=618024кДж

Всего расходуется  теплоты:

20600800+618024=21218824кДж

Избыток теплоты расходуется на испарение  воды:

53886660 -21218824=31828192 кДж

 

 

 

 

 

Таблица  Тепловой баланс смесителя-нейтрализатора

Приход	кДж/ч	Расход	кДж/ч
Теплота фосфорной кислоты	4382938	Нагревание аммонизированной пульпы	20600800
Теплота аммиака	456706
Теплота реакций	53047016
		Теплопотери в окружающую среду	618024
		Испарившаяся вода	32667836
Итого:	57886660	Итого:	57886660

 

7.Расчет основных размеров нейтрализатора

В трубчатом  реакторе как в аппарате идеального вытеснения в стационарном режиме устанавливается определенное распределение параметров реакционной среды по длине трубы. При этом принимают постоянными концентрации и температуры по ее поперечному сечению. Таким образом, бесконечно тонкий слой поперечного сечения реакционной среды, который перемешается вдоль трубы в виде поршня, можно рассматривать как микрореактор идеального смешения периодического действия, причем длительность реакций равна времени прохождения рассматриваемого сечения всей длины реактора.

При допущении  поршневого движения жидкости длина  реактора составляет

L = ω х τ,

где ω- скорость всех частиц потока, м/с;

 τ - время реакции, с.

Скорость  среды в трубе диаметром d, м:

 

где ν_P - объемный расход реакционной среды, рассчитываемый по данным материального баланса, м³/с.

Рассчитать  время реакции, диаметр трубы  реактора и скорость движения в ней реакционной среды, приняв, что режим движения среды в реакторе - турбулентный. Определить число секций реактора и рассчитать его гидравлическое сопротивление.

Исходные  данные.

Объемный  расход реакционной среды (пульпы) ν_P == 33,4 м³/ч.

Степень превращения 0,9. Константа скорости реакции К_Р2 = 0,05 м³/(кмоль·с). Плотность реакционной среды р = 1500 кг/м³, ее вязкость 14 х 10^-3Пас.

Найдем  начальную концентрацию фосфорной  кислоты и аммиака.

При пересчете процентной концентрации в молярную, необходимо помнить, что  процентная концентрация рассчитывается на определенную массу раствора, а  молярная и нормальная - на объем, поэтому  для пересчета необходимо знать  плотность раствора. Если мы обозначим: С - процентная концентрация; M - молярная концентрация;  r - плотность раствора; m - мольная масса, то формула для пересчета из процентной концентрации будет следующей:

 

кмоль/м³

кмоль/м³

Конечную  концентрацию фосфорной кислоты  находим из уравнения:

 

откуда Х_{фк кон} =х_{фк нач} (1 - χ) = 7,9х (1- 0,9) = 0,79 кмоль/м³ •

Время реакции  для реакций второго порядка:

 

2,9с

Турбулентный  режим течения в трубах и каналах  обеспечивается, если

 

Принимая  Re = 2х10⁴, находим требуемый диаметр трубы:

 

Кроме того, диаметр трубы можно определить из уравнения расхода как:

 

Совместное  решение двух последних уравнений  дает:

 

м

Приняв стандартную трубу dнxS = 60х4 мм, получаем

dв = dн - 2S = 60 – 2х4 = 52 мм = 0,052 м

и рассчитываем действительные значения скорости и критерия Рейнольдса:

 

 

-турбулентный режим

Определив длину  трубы реактора:

L = ω х τ• = 4,64 х 2,9 = 13,5 м

и приняв длину  одной секции реактора l= 1м, найдем число секций

 

 

Рассчитаем  гидравлическое сопротивление трубного пространства реактора.

Потери давления представим в виде суммы потерь давления на трение при движении жидкости в  прямых трубах и каналах и потери давления на местные сопротивления:

 

Считая поток  изотермическим, принимая абсолютную шероховатость трубы 

Δ = 0,2 мм, найдем е

 

 

 

 При этом 

 

Тогда по

 

 

 

λ_тр=0,006

Используем  формулу

 

Па

Перепад давления слишком велик, поэтому, задавшись  большим  диаметром трубы 89х7 мм, получим d_вн = 89-2х7 = 75 мм=0,075 м и уточним значения следующих величин:

 

 

 

 

 

λ_тр=0,007

Уточним требуемую  длину труб

L = ω х τ• = 2,1 х 2,9 = 6,1 м

и примем l=1 м.

Тогда число  секций

 

L = 7 х 1 = 7 м

 

Далее определяем потери давления на трение:

 

 

на местные  сопротивления

 

В нашем случае местными сопротивлениями служат калачи с

гибом радиусом R = 2d в количестве n- 1 = 7 -1 = 6.

В этом случае ξ=1,5

Па

Тогда общее  сопротивление реактора:

Па

Расчет  центробежного насоса для отвода пульпы

 

Рассчитаем  и подберем центробежный насос для  подачи 0,015 м³/с пульпы концентрацией 11г/л из смесителя-нейтрализатора, находящегося под давлением 0,25 МПа в гранулятор. Температура 140ºС, геометрическая высота подъема раствора 5 м. Длина трубопровода на линии всасывания 2 м, на линии нагнетания 9 м. На линии всасывания установлено два нормальных вентиля, на линии нагнетания два нормальных вентиля и одно колено.

Выбор диаметра трубопровода.

Рассчитываем  диаметр по формуле:

Принимаем скорость пульпы = 2,0 м/с.

d = 

где d-диаметр  трубопровода, м;

V – объемный расход, м³/с; 

w – скорость, м/с. 

Пересчитываем cкорость, м/с:

Определяем потери напора во всасывающей и нагнетательной линии.  

Рассчитываем критерий Рейнольдса по формуле

Re= 

где  w – скорость, м/с²;  

p – плотность, г/см³.

М – вязкость перекачиваемой среды, Па х с

Определяем степень шероховатости по формуле:

где e – шероховатость стенок трубопровода, =0,2мм;  

d _экв – эквивалентный диаметр, м; 

Относительная шероховатость:

Определяем потери напора во всасывающей линии по формуле

На входе: ξ =0,5 ;

На выходе: ξ =1 

h п.в.л. = 

где λ – коэффициент трения;  

Lbc – длина трубопровода на линии всасывания, м;  

d _экв – эквивалентный диаметр, м;   

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на линии всасывания.

Определяем потери напора в нагнетательной линии по формуле:

h п.л.н. = 

Lнагн – длина трубопровода на линии нагнетания, м;   

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на линии нагнетания. 

м

h_полн=3,66+10,7=14,36м.

Выбор насоса 

Определяем полный напор, развиваемый насосом по формуле:

где P₁ – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па;  

P₂ – давление в аппарате, в который подается жидкость, Па;

Н_г – геометрическая высота подъема жидкости, м;  

h_п – полная потеря напора во всасывающей и нагнетательной линиях. 

Н=

+5+14,36=28,8м

Определяем полезную мощность насоса по формуле

кВт

Определяем КПД насоса по формуле:

η_Н = 

де η_н – коэффициент полезного действия насоса   

η_о – объемный КПД, учитывающий протекание жидкости из зоны большего давления в зону меньшего (для современных центробежных насосов объемный КПД принимается η_о = 0,85 – 0,98);  

η_м – общий механический КПД, учитывающий механическое трение в подшипниках и уплотнение вала, а также гидравлическое трение неработающих поверхностей колес принимается η_м=0,92 – 0,96;  

η_г – гидравлический КПД, учитывающий гидравлическое трение и вихри образования (для современных насосов η_г = 0,85 – 0,96) .

Определяем мощность нового двигателя и мощность, потребляемую двигателем от сети. 

При расчете затрата энергии на перемещение жидкости, необходимо учитывать, что мощность, потребляемая двигателем от сети Nдв больше номинальной в следствии потерь энергии в самом двигателе.

кВт

Определяем мощность, потребляемую двигателем от сети по формуле   

кВт

Определим мощность с учетом коэффициента запаса мощности по формуле

β – коэффициент запаса мощности; 

N_уст – установленная мощность 

β выбираем в зависимости от величины N_дв [1].

кВт

Определение предельной высоты всасывания по формуле  

где H_вс – предельная высота всасывания; м 

P_d – атмосферное давление; Па 

Р₁ – давление жидкости при рабочей температуре; Па 

ω_вс – скорость жидкости во всасывающем трубопроводе; м/с 

h _п.в.с. – потери напора во всасывающей линии трубопровода;   

h _з – запас напора, необходимый для исключения процесса кавитации 

м

+0,26)=1,14м

Вывод: мы подобрали насос марки X 65-50-1160, который нужно устанавливать на высоте не менее 5,14 м. 

 

 

Подбор консольного насоса, подающего аммиак в смеситель

 

Погружные насосы предназначены для перекачивания непосредственным погружением насоса. Применяются в промышленности, строительстве, в шахтном оборудовании, в химической промышленности, в энергетике, в коммунальных предприятиях водоснабжения и канализации.

Погружные насосы промышленного назначения

Материал корпуса: нерж.сталь 1.4517, серый чугун, ст. литьё 0.9635

Материал раб. колеса: нерж. сталь, ст. литьё, сферочугун

Уплотнение вала: кольцевое, лабиринтное

Форма рабочего колеса: режущее кольцо, свободный поток, однокрыльчатое, многоканальное

Напор: от 1,0 до 100 м

Производительность: от 1,0 до 10000 м³/ч

Условное давление: до PN16

Мощность двигателя: до 700 кВт, 2х и 4х-полюсный

Частота вращения: стандарт 1450 и 2900 об/мин, другое по запросу

Макс. рабочая температура: до 60°C

Напряжение питания: 1х230V/50Hz, 3х380V/50Hz

H = Hgeo + (0,2 x L) + 10...15 [м],

где H - требуемый напор [м], 
Hgeo - геометрическая высота от места установки насоса до самой высокой точки [м], 
0,2 - примерное значение гидравлического сопротивления трубопровода, включая колена, соединения, клапаны и т. д., 
L - длина всасывающей и нагнетательной труб (м), 
10...15 - чтобы обеспечить необходимое давление на выходе, следует добавить примерно 10-15 м.