Практическая работа №13

Тема: Расчет тепловых балансов процессов кристаллизации аммиачной селитры в грануляционной башне и сушки аммиачной селитры в сушилке барабанного типа.

Цель: Составить и рассчитать тепловые балансы процессов кристаллизации аммиачной селитры в грануляционной башне и сушки аммиачной селитры в сушилке барабанного типа.

Теоретические основы

     Отрицательным свойством аммиачной селитры является ее способность слеживаться. Уменьшение слеживаемости аммиачной селитры достигается путем ее гранулирования.

     Процесс кристаллизации аммиачной селитры экзотермичен. При кристаллизации плава происходят превращения кристаллических модификаций соли, которые протекают с выделением тепла. Количество тепла, выделяющегося при кристаллизации селитры, зависит от температуры плава, поступающего на кристаллизацию, и температуры соли после кристаллизации.

     Для получения аммиачной селитры в гранулированном виде кристаллизацию соли из плава проводят в грануляционных башнях.

Задание

     Составить и рассчитать тепловые балансы процессов кристаллизации аммиачной селитры в грануляционной башне и сушки аммиачной селитры в сушилке барабанного типа. 

Порядок выполнения работы

I Тепловой расчет процесса кристаллизации в грануляционной башне

Варианты заданий

     · Максимальная температура воздуха на входе в башню (по средним данным), (t_{1воздуха})………………………………………………………………………37,5⁰С.

     · Температура гранул на выходе из башни (t_гранул) …………………….80⁰С.

     · Температура плава, поступающего в башню (t_плава)……………… 150⁰С.

     · Количество воздуха, поступающего в башню(V_{воздуха})……200000м³/ч.

     · Тепло, выделяющееся при превращении расплавленной соли в кубическую форму (q₁)   ………………………………………………………………..16,75 ккал/кг.

     · Тепло, выделяющееся при превращении кубической формы NH₄NO₃  в тетрагональную форму (q₂)  …………………………………………..12,24 ккал/кг.  

     · Тепло, выделяющееся при превращении тетрагональной формы NH₄NO₃  в ромбическую форму (q₃) ………………………………………………….4,17 ккал/кг.  

     Приход тепла:

1.1 Тепло, выделяющееся при превращении расплавленной соли аммиачной селитры в кристаллическую модификацию ромбической формы. Стабильную в пределах 32.3- 84,2⁰С, ккал/кг:

q = q₁ + q₂ + q₃

При нагрузке башни G, кг/ч NH₄NO₃ количество тепла, выделяющегося в час, составит, ккал/ч:

Q_{кристаллизации} = G× q

1.2 Тепло, вносимое плавом, ккал/ч:

Q_{с плавом} = G× С× t_плава,

где С- теплоемкость 98%-ного плава NH₄NO₃ (С= 0,42ккал/кг×град).

1.3 Тепло, вносимое воздухом, ккал/ч:

Q _{с воздухом} = V_{воздуха} × r_{воздуха} × С_{воздуха} × t_{1воздуха},

где r_{воздуха} – плотность воздуха (r_{воздуха} = 1,29кг/м³);

       С_{воздуха} – теплоемкость воздуха (С_{воздуха} = 0,24 ккал/кг×град).

     Количество тепла, выделяющегося при некотором повышении концентрации плава вследствие незначительной подсушки гранул, невелико, и при расчете мы можем его не учитывать.

1.4 Общее количество тепла, поступающего в грануляционную башню, составит, ккал/ч:

Q_{прихода} = Q_{кристаллизации} + Q_{с плавом} + Q _{с воздухом}

     Расход тепла:

1.5 С выходящими из башни гранулами, ккал/ч:

                         Q_{с гранулами} = G× С× t_гранул         (С= 0,42ккал/кг×град)

1.6 С уходящим из башни воздухом, ккал/ч:

Q_{с уход возд.} = Q_{прихода} - Q_{с гранулами}

1.7 Температура воздуха на выходе из башни, ⁰С:

         Q_{с уход возд}

t_{2воздуха} = ────────────────

               V_{воздуха} × r_{воздуха} × С_{воздуха}

Результаты теплового расчета сводим в таблицу.

Таблица 13.1 – Тепловой баланс грануляционной башни

1.8 Определим температуру гранул на выходе из башни, если температура поступающего воздуха понизится до 20⁰С (t_{3 воздуха}), и он нагреется в башне до 42⁰С (t_{4 воздуха}).

      Приход тепла:

Тепло кристаллизации соли и тепло, вносимое плавом, согласно тепловому балансу (см. таблицу 13.1) Q_{кристаллизации} и Q_{с плавом} ккал/ч.

Тепло, вносимое воздухом, ккал/ч:

Q = V_{воздуха} × r_{воздуха} × С_{воздуха} × t_{3 воздуха}

Общий приход тепла составит, ккал/ч:

Q = Q_{кристаллизации} + Q_{с плавом} + Q

     Расход тепла:

С уходящим из башни воздухом, ккал/ч:

Q= V_{воздуха} × r_{воздуха} × С_{воздуха} × t_{4 воздуха}

С выходящими из башни гранулами, ккал/ч:

Q = Q - Q

Тогда температура гранул на выходе из башни составит, ⁰С:

      Q

t = ─────────────

           G× С

II Тепловой расчет процесса «холодной» сушки

Расчет составить: 1 вариант на 1т готового продукта (G _{гот. продукт});

                                    2 вариант на 1,5 т готового продукта (G _{гот. продукт});

                                     3 вариант на 2 т готового продукта (G _{гот. продукт}).

Исходные данные:

Влажность соли

     начальная (ω_н) ………… 1,2%;

     конечная (ω_к)…………… 0,6%.

Температура соли

     начальная (t_н)……………75⁰С;

     конечная (t_к)……………..25⁰С.

Температура воздуха

     начальная (t_{н воздуха})…………… - 8⁰С  

     конечная (t_{к воздуха})…………….. +20⁰С.

Абсолютное содержание влаги в поступающем воздухе (w₁)…………1 г/кг

Влагосодержание воздуха на выходе из сушилки принимаем (w₂)……..2,5 г/кг (относительная влажность около 15%). При таком сравнительно низком насыщении воздуха влагой процесс сушки протекает достаточно интенсивно.

     Приход тепла:

 · С горячей солью при ее охлаждении от t_н до t_к ⁰С, ккал/т:

Q_{с гор. солью} = G _{гот. продукт} × С× (t_н - t_к),

где С= 0,42ккал/кг×град

       G _{гот. продукт} – количество готового продукта в кг.

• · Тепло, выделяющееся при перекристаллизации селитры, ккал/т:

Q_{перекрист.} = G _{гот. продукт} × q,

где G _{гот. продукт} – количество готового продукта в кг;

       q – теплота превращения (q = 4,99ккал/кг).

• · Общий приход тепла в сушилку составит, ккал/т:

Q_{прихода} = Q_{с гор. солью} + Q_{перекрист}

     Расход тепла:

• · Тепло расходуется в сушилке на нагревание воздуха от t_{н воздуха} до t_{к воздуха}, ⁰С и на теплообмен с окружающей средой. Количество тепла, требуемого для нагревания сушильного агента, предварительно рассчитываем для 1кг воздуха.

     Энтальпия (ккал/кг) 1кг воздуха при температуре t_{н воздуха}, 0С и  влагосодержании w₁, г/кг:

I₁ = С_{сух. возд.}× t_{н воздуха} + I _{вод. пара} ×,

где С_{сух. возд} – теплоемкость сухого воздуха (С_{сух. возд.}= 0,24 ккал/кг×град);

       I _{вод. пара} – энтальпия водяного пара при 0⁰С (I _{вод. пара} = 595 ккал/кг).

     Энтальпия (ккал/кг) 1кг воздуха при t_{к воздуха} и влагосодержании w₂, г/кг:

I₂ = С_{сух. возд.}× t_{к. воздуха} + I _{вод. пара} ×  + × С_{вод. пара} × t_{к. воздуха},

где С_{вод. пара} – теплоемкость водяного пара (С_{вод. пара}=0,46 ккал/кг× град).

Таким образом, при нагревании 1кг воздуха от t_{н воздуха} до t_{к. воздуха} расходуется следующее количество тепла, ккал:

Q = I₂ - I₁

• · Количество воздуха, требуемого для сушки G _{гот. продукт} т аммиачной селитры, составит, кг/т:

G_{воздуха} =

• · Количество влаги, удаляемой из G _{гот. продукт} т аммиачной селитры при сушке, составит, кг/т:

                                                              G_{воздуха} × (w₂ – w₁)

G_влаги = ──────────                            

            G _{гот. продукт}

(G _{гот. продукт} подставляем в кг)

Контрольные вопросы:

1. Назовите отрицательное свойство аммиачной селитры.

2. Как можно уменьшить слеживаемость аммиачной селитры?

3. На чем основана кристаллизация (гранулирование) плава, аммиачной селитры?

4. В каком аппарате проводят грануляцию аммиачной селитры?