Изучение возможности применения вакуум-кристаллизатора для получения крупнокристаллического сульфата аммония

Сульфат аммония – ценное минеральное удобрение, которое востребовано на рынке и пользуется хорошим спросом. Наибольшие требования предъявляются к качественным характеристикам данного продукта, в частности, к слёживаемости сульфата аммония, которая обусловлена наличием мелкой фракции кристаллов. Следовательно, актуальным направлением производства является получение крупнокристаллического продукта. Цель работы заключается в изучении возможности применения вакуум-кристаллизатора, при работе которого выпавшие кристаллы укрупняются.

При анализе производства необходимо охарактеризовать:

• 1.    Целевой продукт и исходное вещество.

• 2.    Рассмотреть и дать описание технологического процесса получения сульфата аммония, произвести характеристику процесса кристаллизации и представить основную классификацию кристаллизационного оборудования.

• 3.    Дать основную характеристику технологического оборудования: вакуум-кристаллизатора, рассчитать установку вакуум-кристаллизатора.

• 4.    Изучить вопросы техники безопасности при работе с вакуум-кристаллизатором.

Характеристика веществ и технологического процесса

Чистый сульфат аммония – бесцветные прозрачные кристаллы, белый порошок. Запаха не имеет. Гигроскопичность невысокая. Сульфат аммония получают при взаимодействии раствора серной кислоты c газообразным аммиаком: 2NH3(газ) + Н2SO4(Ж) = (NH4)2SO4 + 274 кДж

В данной работе рассматривается сатураторный способ получения кристаллов сульфата аммония. Для нейтрализации применяют 78% раствор серной кислоты. В сатуратор подводят дополнительное тепло с коксовым газом, нагретым до 6080 ºС. Затем к газу подмешивают пароам-миачную смесь и смесь поступает в сатуратор. Коксовый газ барботирует через раствор. Для получения крупных кристаллов в сатураторе поддерживают температуру не выше 50 ºС. Пульпа содержит раствор и выделившиеся из него кристаллы сульфата аммония, далее поступает в автоматическую центрифугу непрерывного действия. Продукт, выходящий из центрифуги, подсушивается в сушилке.

Расчет материального и теплового балансов

Расчет материальных потоков производился, ориентируясь на получение 1000 кг влажного сульфата аммония сатураторным способом, по следующим исходным данным:

Содержание в коксовом газе: NH 3 9 г/м³, H 2 O 28 г/м³; Плотность газа 0,42 кг/м³; Содержание в паро-аммиачной смеси: NH 3 15%, H 2 O 85%; Потери NH 3 с отходящим коксовым газом 0,3 %. Найденное количество влажного сульфата аммония, выгруженного из центрифуги 1020 кг.

Таблица 1. Баланс материалов производства

Введено	кг	Получено	кг
Коксовый газ:	10632,22	Коксовый газ	9890,96
аммиак	232,52	аммиак	0,78
пары воды	724,72	сухой газ	9890,18
сухой газ	9674,98	Пары воды	1122,6
Паро-аммиачная смесь	172,0	Сульфат аммония (влажный):	1020,0
аммиак	25,84	сульфат аммония
пары воды	146,83	вода	1000,0
Серная кислота(78%-ная):	951,85		20,0
Серная кислота(100%-ная)	742,44
вода	209,41
Итого	12941,79	Итого	13053,56

Невязка материального баланса составляет 0,8 %.

Расчет теплового баланса производства 1000 кг сульфата аммония (100%).

Суммарный приход тепла:

Q прих = 715675,7 + 94844,02 + 1276431 + 433636 + 4896 = 1262456,03 ккал

Суммарный расход тепла:

Q расх = 398340,19 + 699087,06 + 24285,76 = 1121713,01 ккал

Таблица 2. Результаты расчета тепловых потоков производства

Приход	Количество тепла ккал/кдж	%	Расход	Количество тепла ккал/кдж	%
С коксовым газом	715675,7 2996,39	56,7	С сухим коксовым газом	398340,19 1667,770	31,6
С аммиачной смесью	94484,02 395,586	7,5	С парами воды	699087,064 2926,94	55,4
С серной кислотой	12764,31 53,4416	1,0	С сульфатом аммония	24285,76 101,679	1,9
Тепло реакции синтеза (NH 4 ) 2 SO 4	433636	34,4	Тепловые потери	139743,02	11
	1815,54			585,076
Воды промыва (NH 4 ) 2 SO 4	4896 20,499	0,4
Итого	1261456,03 5281,4566	100	Итого	1261456,03 5281,465	100

Невязка теплового баланса составила 0,00017%.

Расчет установки вакуум-кристалли-затора

Кристаллизационное оборудование классифицируют по способу работы аппаратов (периодического и непрерывного действия), по размеру получаемых кри- сталлов (с регулируемым и нерегулируемым ростом кристаллов).

Для производства сульфата аммония целесообразно использовать циркуляционный вакуум-кристаллизатор, отличающийся высокой производительностью и образованием достаточно крупных кри- сталлов. Аппарат состоит из корпуса, циркуляционной трубы, испарителя и двух

- обязательное наличие и исправная работа приточно-вытяжной вентиляции для пульсирующих клапанов, через которые удаления вредных веществ и снижения их осуществляются вход питающего раствора и выход суспензии. Исходный раствор поступает в нижнюю часть циркуляционной трубы, и, поднимаясь, вскипает с образованием вторичного пара и пересыщенной суспензии.

Рассчитаны: объемный расход по маточному раствору, который составляет 4.3*10-4 м3/с, степень смешения раствора 15,8, температура после процесса смешивания 65,9, высота кристаллизатора 6,4 м, диаметр и высота сепаратора 0,62 м. Для обеспечения производственной безопасности при работе вакуум-кристаллизатора необходимо:

• -    применять автоматику и дистанцион-

• концентрации;

• -    обязательное применение СИЗ при ведении ремонтных работ;

Заключение

Исходя из расчетной части (материального баланса) было найдено суммарное количество материалов, полученных в процессе = 12033,56 кг, а в последующем и невязка материального баланса = 0,8%.

В результате расчета теплового баланса был найден суммарный приход тепла Qприх =1262456,03 ккал; суммарный расход тепла Qрасх=1121713,01 ккал, а также невязка теплового баланса 0,0001704%. Проведены расчеты технологических и габаритных характеристик вакуум – кри- ное управление производством;               сталлизатора.