вуглецю і вода надходять в колону синтезу з розчином вуглеамонійних солей (невеликою кількістю води, що надходить з рідким аміаком, нехтуємо для спрощення розрахунків).
Підраховуємо сумарна кількість двоокису вуглецю і води в оборотному розчині вуглеамонійних солей:
Ця кількість складає 60% розчину вуглеамонійних солей, тому за умовами розрахунку концентрація аміаку дорівнює 40%.
Отже, загальна кількість оборотного розчину амонійних солей
У т.ч. аміаку:
Кількість рідкого оборотного аміаку визначаємо по різниці:
Для визначення кількості інертних газів, що вводяться з двоокисом вуглецю (3 об'емн.%), спочатку необхідний обсяг двоокису вуглецю, що надходить разом з інертними газами:
Обсяг інертних газів
, де 0,73 кг/м 3 - щільність інертних газів.
Загальна кількість реагентів, що надходять у колону синтезу:
На освіту 1 070 кг карбаміду в колоні синтезу витрачено двоокису вуглецю
де 0,65 - ступінь перетворення двоокису вуглецю в карбамід за умовами розрахунку.
Інша кількість двоокису вуглецю зв'язується в карбамат амонію:
Кількість карбамат амонію, що залишився в розчині (плав) карбаміду:
де 78 і 44 - маса 1 моль відповідно карбамат амонію і двоокису вуглецю
Кількість аміаку, перетвореного на карбамід:
Кількість аміаку, пов'язаного у вигляді карбамат амонію:
Всього пов'язано аміаку:
Кількість надлишкового аміаку:
При утворенні 1 070 кг карбаміду виділиться води:
Загальна кількість води в плаву карбаміду в колоні синтезу:
Кількість аміаку, що утворює з водою гідроокис амонію:
Кількість утворився NH 4 OH:
Кількість вільного аміаку:
Концентрація карбаміду в суміші на виході з колони синтезу становить:
Результати розрахунку наведені в Таблиці 2.1.1.
Таблиця 2.1.1 - Матеріальний баланс колони синтезу (на 1000 кг 100% -ного карбаміду)
З балансу матеріалів випливає, що на 1 т карбаміду витрачається 0,575 т 100% -ного аміаку і 0,744 т 100% -ної двоокису вуглецю.
2.2 Розрахунок теплового балансу
Тепловий баланс колони синтезу карбаміду
Вихідні дані (температура, 0 С)
Рідкий аміак (свіжий і оборотний) - 60
Експанзерний газ - 35
Розчин аміачних солей - 100
У колоні - 180
Прихід тепла
Фізичне тепло рідкого аміаку, що надходить в колону синтезу під тиском Па
Де 291,1 - ентальпія аміаку в прийнятих умовах, кДж/кг.
Фізичне тепло газоподібної двоокису вуглецю, що надходить з експанзерним газом
Де 67 - ентальпія двоокису вуглецю при прийнятих умовах, кДж/кг.
Незначним кількістю тепла, внесеного з домішками експанзерного газу, можна знехтувати.
Фізичне тепло, внесене з розчином вуглеамонійних солей
Де 3,7 - теплоємність розчину, кДж/(кг · град)
Теплота освіти карбамат амонію
Де 159320 - теплота освіти твердого карбамат амонію з газоподібних двоокису вуглецю та аміаку, кДж/кмоль;
- теплота плавлення карбамат амонію, кДж/кмоль;
, 0 - кількість карбамат амонію, розраховане по витраті двоокису вуглецю
Теплота реакції утворення розчину NH 4 OH
Де 4000 - теплота утворення розчину NH 4 OH з NH 3 і H 2 O, кДж/кмоль.
Сумарний прихід тепла
Витрата тепла
На освіту карбаміду
Де 19030 - тепло освіти карбаміду при 155-210 0 С і надлишку аміаку 125%, кДж/кмоль.
На нагрівання вводиться аміаку від 60 до 200 0 С
Де +1505 і 291,1 - ентальпія аміаку при температурах 180 і 60 0 С і тиску Па, кДж/кг.
На нагрівання введеної двоокису вуглецю від 35 до 180 0 С
Де 358,2 і 67 - ентальпія двоокису вуглецю при 180 і 35 0 С і тиску Па, кДж/кг.
На нагрівання розчину амонійних солей від 100 до 180 0 С
Тепло, уносимое продуктами, що утворилися в колоні...
