165827 (Использование энергосберегающих технологий для кристаллизации сульфата натрия), страница 2
Описание файла
Документ из архива "Использование энергосберегающих технологий для кристаллизации сульфата натрия", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "контрольные работы и аттестации", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "165827"
Текст 2 страницы из документа "165827"
Кристаллы, выделяющиеся с молекулами воды, называются кристаллогидратами. Причем, в зависимости от условий кристаллизации, одно и то же вещество может кристаллизоваться с различным числом молекул воды. Осуществляемая в промышленности кристаллизация называется массовой.
Обычно массовую кристаллизацию проводят, понижая растворимость кристаллизуемого вещества за счет удаления части растворителя.
В производственных условиях процесс кристаллизации состоит из следующих операций: собственно кристаллизации, отделение кристаллов от маточного раствора, перекристаллизации (при необходимости), промывки и сушка кристаллов.
Известны следующие способы кристаллизации: кристаллизация с удалением части растворителя, кристаллизация с охлаждением или нагреванием раствора, комбинированные способы.
Способом удаления частичного растворителя проводится или его испарением или вымораживанием. Наиболее распространено испарение. Растворитель испаряют в выпарных аппаратах, подводя к нему тепло извне, через стенку. После достижения нужной степени пресыщения, как правило, в тех же аппаратах осуществляют и кристаллизацию. Способ называется изотермическим.
Общий недостаток способа – это отложение солей (кристаллов – инкрустация) на теплопроводящих поверхностях, одновременно концентрируются примеси, содержащиеся в растворе.
Способ кристаллизации с изменением температуры раствора называют еще изогидрическим, т.к. он осуществляется при постоянном содержании в растворе растворителя.
К комбинированным способам относятся вакуум – кристаллизация, кристаллизация с испарением части растворителя в токе носителя и дробная кристаллизация.
При вакуум - кристаллизации испарение растворителя происходит не путем подвода тепла через стенку, а за счет отдачи раствором своего физического тепла, которое расходуется на испарение части растворителя.
Кристаллизация с испарением части растворителя в токе носителя (воздуха) происходит за счет испарения и охлаждения раствора при этом.
Дробная кристаллизация – это последовательное выделение из раствора ряда растворенных в нем веществ.
Проведение кристаллизации выше указанными способами требует значительных энергозатрат. Поэтому повышение экономичности процесса кристаллизации является важной задачей снижения неоправданно высоких расходов.
На второй стадии кристаллизации, где сульфат натрия кристаллизируется в вакуумных испарителях – кристаллизаторах в виде безводного сульфата натрия процесс кристаллизации проводится в аппаратах с естественной циркуляцией раствора.
Этот метод реализуется в ОАО «Балаковские волоконные материалы».
Общий недостаток кристаллизации при выпаривании – это отложение кристаллов (инкрустация) на теплопроводящих поверхностях. Этот недостаток присутствует и в аппаратах с естественной циркуляцией, работающих в системе кристаллизационных установок ОАО.
Инкрустация при работе испарителей – кристаллизаторов с естественной циркуляцией раствора является неприятным фактором, снижающим их производительность и приводящим к частным остановкам аппаратов для чистки и промывки (примерно 1 раз в смену один аппарат останавливается на чистку и промывку). При этом чистка аппаратов требует значительных трудозатрат во вредных условиях – выделение сероуглерода и сероводорода и агрессивная среда (серная кислота).
Указанный недостаток частично можно устранить переводом процесса работы вакуумного испарителя – кристаллизатора на работу с принудительной циркуляцией раствора.
Отложение солей на греющих поверхностях выпарных аппаратов – кристаллизаторов приводит также к уменьшению коэффициента теплопередачи, а, следовательно, и производительности. У аппаратов с естественной циркуляцией при этом понижается скорость циркуляции, кипение начинает заглубляться в трубки, вызывая усиление отложений, что в свою очередь воздействует на циркуляцию, которая становиться неустойчивой. Этот процесс со временем прогрессирует. Естественно поэтому стремление организовать в контуре аппарата искусственную (принудительную) циркуляцию с помощью специального насоса, которая бы не зависела от изменения тепловой нагрузки.
По своему устройству аппарат с принудительной циркуляцией в основном аналогичен аппаратам с естественной циркуляцией, разница заключается в основном в наличии циркулярного насоса.
При выпаривании в таких аппаратах растворов «на кристалл» образование и рост кристаллов происходит из пересыщенного раствора. При установившемся режиме работы аппарата процесс выпаривания носит циклический характер.
Из сепаратора циркулирующий раствор, содержащий кристаллы соли, при температуре, практически равной температуре кипения в сепараторе, поступает в греющие трубки аппарата, где воспринимает тепло греющего пара. Перегретый раствор выходит из трубок в подъемную трубку, где закипает.
Температура раствора понижается до температуры кипения в сепараторе, а освободившейся тепло идет на образование вторичного пара. При удалении части растворителя из насыщенного раствора в виде пара возникает пресыщение раствора, вследствие чего происходит образование зародышей и рост уже имеющихся кристаллов, т.е. пресыщение снимается. Смешавшись с новой порцией исходного раствора и, снимая по пути пресыщение, раствор вновь поступает в трубку – цикл замыкается.
Экспериментальные данные показывают, что за время пребывания циркулирующего раствора в растворном пространстве пресыщение снимается не полностью и раствор поступает в греющую трубку с каким то остаточным пресыщением. Если не принять особых мер конструктивного и технологического порядка, то инкрустация пойдет настолько быстро, что уже через несколько часов работы придется останавливать аппарат на промывку.
СвердНИИХИММАШем проведены работы по снижению инкрустации и предложен способ, который заключается в накоплении кристаллов кристаллизующихся веществ в циркулирующем растворе, с целью создания большего числа центров кристаллизации для быстрого снятия пресыщения. Применение данного способа (при этом в циркулирующем растворе содержалось от 10 до 30 % сульфата), позволило увеличить беспромывочный срок до 3-х суток, причем коэффициент теплопередачи не снижается относительно первоначального.
Метод выпаривания – кристаллизации с принудительной циркуляцией раствора рекомендуется в данном проекте.
2. Технологические расчеты
2.1 Расчет количества глауберовой соли и сульфата натрия
При полной регенерации осадительной ванны на каждую тонну волокна требуется удалить 357 кг. Сульфата натрия безводного, или в воде глауберовой соли – 858,2 кг. (данные ОАО «Балаковские химические волокна»)
В расчете на 120 т в сутки волокна удаляется безводного сульфата натрия: 357 * 120 = 42840 кг/сутки, или
что соответствует количеству глауберовой соли:
= 4047,7
где 322 и 142 – молекулярные массы Na2SO4 * 10 H2O и Na2SO4 соответственно.
Количество ванны, направляемой на кристаллизацию. Согласно производственных данных при кристаллизации с каждого м3 ванны удаляется 100 кг сульфата натрия в виде безводного сульфата. Требуется направить на кристаллизацию осадительной ванны:
, или 1785/100=17,85 м3/ч
Состав осадительной ванны, поступающей на кристаллизацию:
H2SO4 – 110 – 150 г/л 2 г/л
Na2SO4 – 320 20 г/л
ZnSO4 – 13-16 г/л
Плотность – 1,27 - 1,34 г/см3
(согласно норме технологического режима), или принятой для расчета:
H2SO4 – 150 г/л
Na2SO4 – 320 г/л
ZnSO4 –16 г/л
Вода – 854 г/л
1340 г/л
Содержание компонентов в осадительной ванне, поступающей на кристаллизацию:
H2SO4: 150 * 17,85 = 2677,5 кг/ч;
где 17,85 м3/ч – объем осадительной ванны, поступающей на кристаллизацию:
Na2SO4 – 320 * 17,85 = 5712 кг/ч
ZnSO4 –16 * 17,85 = 285,6 кг/ч
H2O – 854 * 17,85 = 15234,9 кг/ч
Итого: 23919 кг/ч
В процессе кристаллизации из ванны выкристаллизовывается 100 кг/м3 ванны безводного сульфата натрия, что составит:
100 * 17,85 = 1785 кг/ч Na2SO4 , или
= 4047,68 кг/ч Na2SO4 * 10 H2O
С глауберовой солью уносится воды:
4047,68 – 1785 = 2262,68 кг/ч
Содержание компонентов в осадительной ванне (маточном растворе), поступающий на плавку (обезвоживание в плавильном котле):
H2SO4 – 2677,5 кг/ч
Na2SO4 – 5712 – 1785 = 3927 кг/ч
ZnSO4 – 285,6 кг/ч
H2O – 15243,9 – 2262,68 = 12981,22 кг/ч
Итого: 14810,22 кг/ч
Состав осадительной ванны (маточного раствора) после кристаллизации глауберовой соли:
H2SO4 – 2677,5 кг/ч или 13,47% масс.
Na2SO4 –3927,0 кг/ч или 19,76 % масс.
ZnSO4 – 285 кг/ч или 2,20 % масс.
H2O – 12381,22 кг/ч или 64,57 % масс.
Итого: 19870, 22 кг/ч или 100 % масс.
Таблица материального баланса глауберовой соли (Na2SO4 * 10 H2O)
Таблица. 3.1
Приход | Расход | |||
Статья | Количество, кг/ч | Статья | Количество, кг/ч | |
1. Осадительная ванна на входе в кристаллизаторы | 1.Маточный раствор | |||
H2SO4 | 2677,5 | H2SO4 | 2677,5 | |
Na2SO4 | 5712,0 | Na2SO4 | 3927,0 | |
ZnSO4 | 285,6 | ZnSO4 | 285,6 | |
H2O | 15243,9 | H2O | 12981,22 | |
2. Кристаллы глауберовой соли | 4047,68 | |||
Итого | 23919,0 | Итого | 23919,0 |
Объем маточного раствора:
= 14,829 м3 /ч
где 1340 кг/м3 – плотность раствора.
Состав маточного раствора:
H2SO4 – = 180,6 г/л
Na2SO4 – = 264,8 г/л
ZnSO4 – = 19,2 г/л
H2O – = 875,4 г/л
Итого : 1340 г/л
2.2 Расчет количества и состава плава глауберовой соли
Количество глауберовой соли, поступающей в плавильный котел:
4047,68 кг/ч Na2SO4 * 10 H2O ( см. Расчеты 3.1.),
в нем кристаллизированной воды – 2262,68 кг/ч и
безводного сульфата натрия 4047,68 – 2262,68 = 1785 кг/ч,
что составляет:
Na2SO4 – = 0,4410, или 44,10 % масс