Матеріальний розрахунок безсатураторного методу отримання сульфату амонію

Вихідні дані:

Склад прямого коксового газу:

Водяні пари 30,0 г/м³

Бензольні вуглеводні 36,0 г/м³

Аміак 7,0 г/м³

Сірководень 16,0 г/м³

Піридинові основи 0,4 г/м³

Склад сухого коксового газу:

H₂ – 60,0 %

CO – 7,0 %

CO₂ – 2,7 %

C_nH_m – 2,3 %

N₂ – 4,0 %

O₂ – 1,0 %

CH₄ – 22,0 %

Вміст аміаку у очищеному коксовому газі – 0,03 г/м³

Проектна потужність заводу по газу – 52000 м³/год

Перераховую кількість компонентів, які містяться у 52000 м³/год коксового газу за формулою:

 

G_комп.= , (5.1)

 

де V_к.г.- кількість коксового газу - 52000 м³/год

g_комп.- кількість компоненту г, у 1 м³

G_в.п.= 52000×30/1000=1560 кг/год.

G_б.в.= 52000×36/1000=1872 кг/год.

G_ам.= 52000×7/1000=365 кг/год.

G_с=52000×16/1000=832 кг/год.

G_п.о.= 52000×0,4/1000=20,8 кг/год.

Об’єм складових коксового газу розраховую за формулою:

V_i=G_i×22,4/M (5.2)

де G_i - кількість компонента

M_i - молекулярна масса компонента

V_в= G_в×22,4/М_в=1560×22,4/18=1941,3 м³/год

V_б= G_б×22,4/М_б=1872×22,4/83=505,2 м³/год

V_с= G_с×22,4/М_с= 832×22,4/34=548,1 м³/год

V_а= G_а×22,4/М_а=365×22,4/17=480,9 м³/год

V_п= G_п×22,4/М_п=20,8×22,4/80=6 м³/год

Об’єм сухого коксового газу розраховую за формулою:

 (5.3)

де V_к.г.- об’єм коксового газу, м³/год,

- сума кількості компонентів коксового газу.

V_с.г.= 52000-(1941,3+505,2+548,1+480,9+6)=48518,5 м³/год.

G_с.г.= ρ_с.г×V_с.г. (5.4)

де ρ_с.г. – густина сухого коксового газу кг/м³, ρ_с.г=0,401 кг/м³[1]

V_с.г. – об’єм сухого коксового газу м³/год.

G_с.г.=0,401×48518,5=19456 кг/год

У абсорбер надходить наступна кількість коксового газу з нагнітача (табл.5.1).

 

Таблиця 5.1 Склад коксового газу, що входить до абсорбера

Компоненти	кг/год	м^3/год
Сухий коксовий газ, Gг	19456,0	48518,5
Водяні пари, Gв	1560,0	1941,3
Бензольні вуглеводні, Gб	1872,0	505,2
Сірководень, Gс	832,0	548,1
Аміак, Gа	365,0	480,9
Піридинові основи, Gп	20,8	6,0
Всього	24105,8	52000,0

 

Кількість сірчаної кислоти, яка необхідна для нейтралізації 365 кг/год аміаку розраховуємо за рівнянням хімічної реакції, на основі закону еквівалентів:

 

2NН₃ + Н₂SO₄ = (NН₄)₂SO₄ (5.5)

 

За умовою ν_NH3=m_NH3/M_NH3=365000/17=21470,6 моль/год

де m_NH3 - маса аміаку, що поступає в абсорбер з газом 365 кг/год=365000 г/год;

M_NH3-молекулярна масса аміаку 17 г/моль

Відповідно до рівняння реакції 1 моль Н₂SO₄ реагує з 2 моль NН₃, а з 21470,6 моль/год NН₃ реагують 10735,3 моль Н₂SO₄ або 10735,3×98=1052059,4 г/год=1052,1 кг/год

Кількість 92,5 %-ої кислоти:

G_H2SO4=1052,1 /0,925=1137,4 кг/год.

Кількість поглинутого аміаку на першому ступеню абсорберу можна визначити виходячи з умови рівняння поверхні контакту чи об’ємів обох ступенів абсорберів та коефіцієнтів абсорбції, що приводить до рівняння:

 

 (5.6)

 

де а₁, а₂,та а₃ – вміст аміаку у газі до першої,до другої та після другої ступені абсорберу.

Величина а₁ дорівнює 7 г/м³

Величину a₃ приймаю згідно ПТЕ 0,03 г/м³. [2]

Тоді

 

=

 

Таким чином, на першому ступені абсорберу поглинається аміаку

 

 

Залишається аміаку в коксовому газі:

 

 

Надходить аміаку на другу ступінь 365-340 =25 кг/год та поглинається аміаку на другій ступені 25-1,6=23,4 кг/год.

Для поглинання 340 кг/год аміаку на першому ступеню абсорберу необхідно витратити сірчаної кислоти у моногідраті [6]:

 

 (5.7)

 

де - кількість аміаку, яка поглинається на першому ступеню абсорберу

- молекулярна маса сірчаної кислоти

- молекулярна маса аміаку.

 

 

При цьому утворюється сульфату амонію 340+980=1320 кг/год.

На другому ступеню поглинається аміаку 23,4 кг/год, витрачається сірчаної кислоти:

 

 

та утворюється сульфату амонію 23,6+68=91,6 кг/год.

Таким чином, накопичується сульфату амонію у матковому розчині на другому ступені абсорберу 91,6 кг/год.

Загальна кількість сульфату амонію, яка утворюється 1320+91,6=1411,6 кг/год, а з вологістю 2% .