книги / Химическая технология неорганических веществ.-1
.pdfБаланс по хлору Приход С исходным рассолом:
Vор Clор 1,7725.
Расход С фильтровой жидкостью:
Vфж Clфж 1,7725.
Потери в виде NaCl:
s MCl |
= |
s5,45 |
= 0,607s. |
|
M NaCl |
58,45 |
|||
|
|
Следовательно,
Vор Clор 1,7725 = Vфж Clфж 1,7725 + 0,607s.
Если выразить из уравнения баланса по хлору Vфж и подставить это выражение в уравнение баланса по натрию, то получим уравнение с одним неизвестным, которым является Vор. Решая его, найдем расход очищенного рассола.
Vор = |
|
Clфж (1000 + q) |
|
|
|
|
|
|
+ |
|||||||||
2,65 |
(Na |
ор |
Cl |
фж |
− Na |
фж |
Cl |
ор |
) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
+ |
|
|
s (Clфж − Naфж ) |
|
|
|
|
|
. |
|||||||||
2,926 (Na |
ор |
Cl |
фж |
− Na |
фж |
Cl |
ор |
) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примем потери Na2CО3 – 3 кг/т и потери NaCl – 10 кг/т, тогда
|
Vор = |
92 (1000 |
+ 3) |
|
+ |
||
|
|
|
|||||
|
2,65 (106,5 92 − |
27,9 105,5) |
|||||
+ |
|
|
10 (92 − 27,9) |
|
= 5,112 м3/т. |
||
|
|
|
|
||||
2,926 |
(106,5 92 − 27,9 105,5) |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
271 |
|
|
|
Расчет материального баланса абсорбера в производстве соды
Рассчитать материальный баланс абсорбера на 1 т соды. Исходные данные. Состав частично аммонизированного исход-
ного рассола, н.д.: Clисх.р = 102, NH3 исх.р = 16,5, CO2 исх.р = 4; плотность
ρисх.р = 1190 кг/м3. Состав аммонизированного рассола, н.д.: Clам.р =
= 90, NH3 ам.р = 102, CO2 ам.р = 55; плотность ρам.р = 1170 кг/м3. Количе-
ства поступающих из отделения дистилляции газов: GNH3 = 450, GCO2 = 240, GH2O = 100 кг/т. Расход очищенного рассола Vор =
=5,113 м3/т, Clор = 105,5.
1.Определение количества поступающего в абсорбер исходного
рассола.
Основываемся на том, что массовое количество хлора в жидкой фазе при абсорбции не изменяется. Поэтому
Vор Clор =Vисх.р Clисх.р.
Отсюда
Vисх.р = Vор Clор = 5,112 105,5 =5,287 м3/т. Clисх.р 102
2. Расчет массовых количеств компонентов, приходящих в абсорбер с исходным рассолом:
GNaCl =Vисх.р Clисх.р aNaCl =5,287 102 2,9225 =1576 кг/т.
GNH3 =Vисх.р NH3 исх.р aNH3 =5,287 16,5 0,85 = 74,2 кг/т. GCO2 =Vисх.р CO2 исх.р aCO2 =5,287 4 1,1 = 23,3 кг/т.
Количество воды, поступающее с рассолом, определяем по формуле
GH2O =Gисх.р −GNaCl −GNH3 −GCO2 ,
GH2O = 6291,5 −1576 −74,2 −23,3 = 4616 кг/т,
где Gисх.р = Vисх.р · ρисх.р.
272
3. Расчет количества |
конечного аммонизированного рассола |
|||
и количеств компонентов в |
нем. |
|||
V |
= |
Vор Clор |
= 5,112 |
105,5 =5,992 м3/т, |
|
||||
ам.р |
|
Clам.р |
90 |
|
|
|
GNaCl =Vам.р Clам.р aNaCl =5,992 90 2,9225 =1576 кг/т,
GNH3 =Vам.р NH3 ам.р aNH3 = 5,992 102 0,85 = 519,5 кг/т, GCO2 =Vам.р CO2 ам.р aCO2 = 5,992 35 1,1 = 234 кг/т,
GH2O =Gам.р −GNaCl −GNH3 −GCO2 ,
GH2O = 7010,6 −1576 −519,5 −234 = 4681,1 кг/т,
где Gам.р = Vам.р · ρам.р.
4.Определяем количества компонентов, уходящих из абсорбера
сгазовой фазой по разности между количествами компонентов, приходящих с газом и рассолом и уходящих с аммонизированным рассолом.
GNH3 = 450 + 74,2 – 519,5 = 4,7 кг/т,
GCO2 = 240 + 23,3 – 234 = 29,3 кг/т,
GH2O = 100 + 4616 – 4681,1 = 34,9 кг/т.
Результаты расчета сводим в табл. 28.
|
|
|
|
Таблица 28 |
|
Материальный баланс абсорбера |
|
||
|
|
|
|
|
Приход |
|
Количество, |
Расход |
Количество, |
|
кг/т |
кг/т |
||
|
|
|
||
Исходный рассол |
|
6289,5 |
Аммонизирован- |
7010,6 |
|
|
|
ный рассол |
|
В том числе |
|
|
В том числе |
|
NaCl |
|
1576 |
NaCl |
1576 |
|
|
|
|
|
273
|
|
|
Окончание табл. 28 |
|
|
|
|
|
|
Приход |
Количество, |
Расход |
|
Количество, |
кг/т |
|
кг/т |
||
|
|
|
||
NH3 |
74,2 |
NH3 |
|
519,5 |
CO2 |
23,3 |
CO2 |
|
234 |
H2O |
4616 |
H2O |
|
4681,1 |
Газ |
|
Газ |
|
|
В том числе |
790 |
В том числе |
|
68,9 |
NH3 |
450 |
NH3 |
|
4,7 |
CO2 |
240 |
CO2 |
|
29,3 |
H2O |
100 |
H2O |
|
34,9 |
Всего |
7079,5 |
Всего |
|
7079,5 |
Расчет материального баланса карбонизационной колонны
Рассчитать материальный баланс карбонизационной колонны на 1 т соды.
Исходные данные:
Состав потоков, поступающих в карбонизационную колонну:
Аммонизир. рассол, н.д. |
Смешанный |
Газ изв. печей |
Хлорид-ион Cl = 88 |
газ, мас. % |
мас. % |
CCO2 = 76,3 |
CCO2 = 46,9 |
|
Аммиак общ. X = 100 |
CH2O = 0,7 |
CH2O = 1,1 |
Прямой титр ПР = 102 |
CN2 = 23,0 |
CN2 = 52,0 |
СО2 z = 72
Состав потоков, покидающих карбонизационную колонну:
Суспензия, н.д. |
Газ на выходе |
Хлорид-ион Clc = 96,5 |
ССО2 вых = 14 об. % |
Аммиак общ. Xc = 96,7 |
Потери аммиака 13 % |
Аммиак связанный хсс = 70,7 |
Влажность 0,57 от NH3 |
СО2 zс = 42,3 |
|
274 |
|
Удельный расход рассола, поступающего в колонну после предварительной карбонизации, Vам.р = 6,12 м3/т, плотность – ρам.р = = 1190 кг/м3.
Расчет ведут сначала по жидкой фазе, затем – по газовой. Принимают следующую схему реакций, протекающих в колонне карбонизации:
NH4OH = NH3 + H2O, |
(1) |
2NH4OH + CO2 = (NH4)2CO3 + H2O, |
(2) |
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3, |
(3) |
NaCl + NH4HCO3 = NaHCO3 + NH4Cl. |
(4) |
1. Определение количества компонентов, поступающих в колонну с исходным рассолом:
GNaCl =Vар Cl aNaCl = 6,12 88 2,9225 =1574 кг/т,
GNH4OH =Vар (ПТ− z)aNH4OH = 6,12 (102 −72) 1,75 =321,3 кг/т, G(NH4 )2 CO3 =Vар z a(NH4 )2 CO3 = 6,12 72 2,4 =1057,5 кг/т,
GH2O =Vар ρар −GNaCl −GNH4OH −G(NH4 )2 CO3 =
=6,12 1190 −1574 −321,3 −1057,5 = 4330 кг/т.
2.Определение количества аммиака, которое уходит из колонны
сгазом:
GNHг 3 = 10013 VарxaNH3 = 0,13 6,12 100 0,85 = 67,6 кг/т.
3. Расчеты по реакциям (1–3).
Количество NH4OH, израсходованного по реакции (1),
∆G1NH4OH =GNHг |
|
|
МNH4OH |
= 67,6 |
35 |
=139,2 кг/т. |
3 |
|
17 |
||||
|
|
|
M NH3 |
|
275
Количество H2O, которое образовалось по реакции (1),
δGH1 |
|
O =GNHг |
|
M H |
O |
= 67,6 |
|
18 |
= 71,6 кг/т. |
||
|
|
|
2 |
|
|
||||||
2 |
3 M |
NH3 |
17 |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество NH4OH, остающееся в растворе после протекания реакции (1) и вступающее в реакцию (2),
∆GNH2 4OH =GNH4OH −∆G1NH4OH =321,3 −139,2 =182,1кг/т.
Количество (NH4)2CO3, которое образовалось по реакции (2),
δG2 |
= ∆G2 |
|
M |
(NH |
4 |
) |
CO |
3 |
=182,1 |
96 |
= 249,7 кг/т. |
|
|
2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
(NH4 )2 CO3 |
NH4OH |
|
2M NH4OH |
|
|
2 35 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Количества СО2 и H2O, которые расходуются и образуются по реакции (2),
∆GCO2 |
2 = ∆GNH2 |
4OH |
|
MCO |
2 |
|
=181,2 |
44 |
|
=113,9 кг/т, |
||||
2M NH4OH |
|
2 35 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
δGH2 |
2O = ∆GNH2 |
4OH |
|
MH |
O |
|
=181,2 |
|
18 |
|
= 46,6 кг/т. |
|||
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
2M NH4OH |
|
|
2 35 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество (NH4)2CO3, расходующееся по реакции (3),
∆G(3NH4 )2 CO3 =G(NH4 )2 CO3 +δG(2NH4 )2 CO3 −G(cNH4 )2 CO3 .
В последнем выражении G(cNH4 )2 CO3 – количество (NH4)2CO3, ко-
торое остается в жидкой фазе суспензии. Эта величина определяется из уравнения
G(cNH4 )2 CO3 =Vc (2 (xc − xcc )− zc )a(NH4 )2 CO3 =
=5,58 (2 (96,7 −70,7) −42,3) 2,4 =129,9 кг/т,
где
V =V |
|
Clам.р |
= 6,12 |
88 |
= 5,58 м3/т. |
|
Clc |
|
|||||
c |
ам.р |
|
|
96,5 |
|
|
|
|
|
|
276 |
|
|
Следовательно,
∆G(3NH4 )2 CO3 =1057,5 + 249,7 −129,9 =1177,3 кг/т.
Кроме того, по реакции (3) расходуется CO2 и H2О в количестве
∆G3 |
|
= ∆G3 |
|
) |
|
|
|
|
|
MCO |
2 |
|
|
|
|
=1177,3 |
44 |
=539,6 кг/т, |
|||||||
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
CO |
2 |
|
(NH |
4 |
3 |
|
M(NH |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
96 |
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
CO |
3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
∆G3 |
|
= ∆G3 |
|
|
|
|
|
|
|
M H |
O |
|
|
|
|
=1177,3 |
18 |
= 220,7 кг/т. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
H2O |
|
(NH4 )2 CO3 |
|
M(NH4 )2 CO3 |
|
|
96 |
|
|
||||||||||||||||
Количество NH4HCO3, которое образуется по реакции (3), |
|||||||||||||||||||||||||
δG3 |
|
|
= ∆G3 |
|
|
|
|
|
|
2M NH |
4 |
HCO |
3 |
=1177,3 |
2 79 |
=1937,6. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
NH4HCO3 |
(NH |
4 )2 CO3 |
|
M(NH4 )2 CO3 |
|
|
96 |
|
4. Расчеты по реакции (4).
Примем, что потери NaCO3 в виде NaHCO3 при фильтрации и в виде готового продукта при кальцинации и отгрузке составляют 40 кг/т, тогда количество NaHCO3, которое должно образоваться по реакции (4), будет
δG4 |
=1040 |
2M NaHCO |
3 |
=1040 |
2 |
84 |
=1648,3. |
|
|
|
|
||||
NaHCO3 |
|
M Na 2CO3 |
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
Количества (NH4)2CO3, |
которые расходуются по реакции (4) |
|||||||||||||||
и остаются в суспензии, составят |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
∆GNH4 4HCO3 = δGNaHCO4 |
3 |
|
M NH |
HCO |
3 |
=1648,3 |
79 |
=1550,2 кг/т, |
||||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
M NaHCO3 |
84 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
GNHc |
4HCO3 = δGNH3 |
4HCO3 |
−∆GNH4 |
4HCO3 |
=1937,6 −1550,2 =387,4 кг/т. |
|||||||||||
Количества NaCl и NH4Cl, которые израсходуются и образуются |
||||||||||||||||
по реакции (4), будут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
∆GNaCl4 = δGNaHCO4 |
|
M NaCl |
|
=1648,3 |
58,45 |
|
=1146,9 кг/т, |
|||||||||
M |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
3 |
|
NaHCO3 |
|
84 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
277 |
|
|
|
|
|
δGNH4 |
|
Cl = δGNaHCO4 |
|
|
M NH |
Cl |
=1648,3 |
|
53,45 |
=1048,8 кг/т. |
||
|
|
|
4 |
|
|
|||||||
4 |
3 |
M |
NaHCO3 |
84 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество NaCl, остающееся в суспензии, и количества NaHCO3 и NH4Cl, которые содержатся в суспензии, таковы:
GNaClc =GNaCl −∆GNaCl4 =1574 −1146,9 = 427,1 кг/т,
GNaHCOc 3 = δGNaHCO4 3 =1648,3 кг/т,
GNHc 4Cl = δGNH4 4Cl =1048,6 кг/т.
Количество воды в жидкой фазе суспензии определяем по уравнению
GHc 2O =Vc ρc −GNaClc −G(cNH4 )2 CO3 −GNHc 4HCO3 −GNHc 4Cl ,
GHc 2O =5,58 1107 −427,1−387,4 −1048,6 = 4314 кг/т.
Расчет баланса карбонизационной колонны по газовой фазе
Из практических данных примем оптимальное соотношение объемов смешанного газа и газа известковых печей, равное 0,673; долю СО2, уходящего с газом из колонны 0,2; плотности смешанного газа и газа известковых печей ρсм = 1,754 кг/м3 и ρизв.г = 1,534 кг/м3.
Тогда массовое соотношение смешанного газа и газа известковых печей составит
Gсм |
= |
|
Vсм ρсм |
= 0,673 |
1,754 |
= 0,769. |
||
G |
|
1,534 |
||||||
|
V |
ρ |
изв.г |
|
|
|||
изв.г |
|
|
изв.г |
|
|
|
|
Общий расход СО2, который затрачивается на реакции (3 и 4), составляет 113,9 + 539,6 = 653,5 кг/т с учетом количества СО2, уходящего из колонны. Общий приход СО2 составит
GCO2 |
= |
653,5 |
=816,9 кг/т. |
|
|
0,8 |
|
|
|
278 |
Составим уравнение с учетом прихода в колонну смешанного газа и газа известковых печей
G |
СCOсм |
+ G |
|
СCOизв.г |
= 816,9. |
|
2 |
2 |
|||||
100 |
100 |
|||||
см |
изв.г |
|
|
Подставив в это уравнение Gcм = 0,769Gизв.г и решив его, найдем
Gсм = 595 кг/т,
Gизв.г = 773,8 кг/т.
Далее находим количества компонентов, приходящих со смешанным газом и газом известковых печей:
Gcм |
|
= G |
|
|
|
|
|
СCOсм |
2 |
|
= 595 |
76,3 |
|
= 454 кг/т, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
100 |
|
||||||||||||||||||||||
CO2 |
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Gсм |
= G |
|
|
|
|
CNсм |
|
= |
595 |
23 |
|
=136,9 кг/т, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
100 |
|
100 |
|
||||||||||||||||||||||||||
N2 |
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Gсм |
|
= G |
|
|
|
|
|
СHсмO |
= 595 |
|
|
0,7 |
|
= 4,1 кг/т, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
100 |
100 |
|
|||||||||||||||||||||||||
H2O |
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Gизв.г |
|
|
|
|
|
|
|
СCOизв.г |
|
|
|
|
|
|
46,9 |
= 362,9 кг/т, |
||||||||||||||||
= G |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
= 773,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
100 |
|
|
|
100 |
|
||||||||||||||||||||||||
CO2 |
|
|
|
изв.г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Gизв.г |
|
|
|
|
|
|
|
|
CNизв.г |
|
|
|
|
|
|
52 |
|
|
= 402,4 кг/т, |
|||||||||||||
= G |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
= 773,8 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
100 |
|
|
|
100 |
|
|||||||||||||||||||||||
N2 |
|
|
|
изв.г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Gизв.г |
= G |
|
|
|
|
|
|
|
СHизвO.г |
|
= 773,8 |
1,1 |
= 8,5 кг/т. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
100 |
|
100 |
||||||||||||||||||||||||
H2O |
|
изв.г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Состав газа, покидающего колонну: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GNHг |
3 = 67,6 кг/т, |
|
|
|
|||||||||||||||||||
GCOг |
2 |
= GCO2 |
|
|
0,2 = 816,9 0,2 =163,4 кг/т, |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
279 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GHг |
2O = GNHг |
3 0,57 = 67,6 0,57 = 38,5 кг/т, |
|
|
|||||
GNг |
2 |
= GNсм2 + GNизв2 |
.г =136,9 + 402,4 = 539,3 кг/т. |
||||||
Результаты расчета материального баланса сводим в табл. 29. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 29 |
|
Материальный баланс карбонизационной колонны |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Приход |
|
|
Количество, |
Расход |
|
Количество, |
|||
|
|
кг/т |
|
|
кг/т |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Исходный |
|
|
|
|
|
Суспензия |
|
7955,6 |
|
рассол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В том числе |
|
|
|
|
|
В том числе |
|
|
|
NaCl |
|
|
1574,0 |
NaCl |
|
427,1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
NH4OH |
|
|
321,3 |
(NH4)2CO3 |
|
129,9 |
|
||
(NH4)2CO3 |
|
|
1057,5 |
NH4HCO3 |
|
387,4 |
|
||
NH4HCO3 |
|
|
|
|
|
NH4Cl |
|
1048,6 |
|
H2O |
|
|
4330,0 |
H2O |
|
4314,0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
NaHCO3 |
|
1648,6 |
|
Газ |
|
|
1368,8 |
Газ |
|
808,8 |
|
||
В том числе |
|
|
|
|
|
В том числе |
|
|
|
CO2 |
|
|
816,9 |
NH3 |
|
67,6 |
|
||
N2 |
|
|
539,3 |
CO2 |
|
163,4 |
|
||
H2O |
|
|
12,6 |
N2 |
|
539,3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
38,5 |
|
Всего |
|
|
8651,6 |
Всего |
|
8764,4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет теплового баланса карбонизационной колонны
Исходные данные:
Результаты материального баланса сведены в табл. 30.
280