Химическая технология неорганических веществ

Баланс по хлору Приход С исходным рассолом:

Vор Clор 1,7725.

Расход С фильтровой жидкостью:

Vфж Clфж 1,7725.

Потери в виде NaCl:

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.

Примем потери Na2CО3 – 3 кг/т и потери NaCl – 10 кг/т, тогда

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

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.

273

Расчет материального баланса карбонизационной колонны

Рассчитать материальный баланс карбонизационной колонны на 1 т соды.

Исходные данные:

Состав потоков, поступающих в карбонизационную колонну:

СО2 z = 72

Состав потоков, покидающих карбонизационную колонну:

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:

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),

275

Количество H2O, которое образовалось по реакции (1),

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),

Количества СО2 и H2O, которые расходуются и образуются по реакции (2),

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

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

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

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

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

Составим уравнение с учетом прихода в колонну смешанного газа и газа известковых печей

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:

Расчет теплового баланса карбонизационной колонны

Исходные данные:

Результаты материального баланса сведены в табл. 30.

280