4.4.1 Các số liệu ban đầu
Nhiệt độ dung dịch nóng lỏng vào: 165oC Lượng nước bốc hơi: 8037 kg/h
Nhiệt độ pha khí ra: 130oC
Áp suất pha khí ra khỏi thiết bị: 5.105 N/m2
Nhiệt độ dịch nóng lỏng ra khỏi thiết bị đun nóng: 151oC Áp suất dịch nóng lỏng ra: 5.105 N/m2
4.4.2 Tính toán
4.4.2.1 Lượng nhiệt vào
Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào: Q1 = 78.008015,83 kJ/h Nhiệt theo hơi đốt nóng:
Q2 = a kJ/h
Vậy tổng lượng nhiệt vào: QV = Q1 + Q2
4.4.2.2 Lượng nhiệt ra
Gọi: mu, mc, ma, và mn lần lượt là lượng urê, carbamate, amoniac và nước nhập vào;
cu, cc lần lượt là nhiệt dung riêng của urê, carbamate và nước; ia, in là entanpi của amoniac và nước ở 151oC và 5.105 N/m2 Q1 = mucut + mccct + mnin + maia
=99809,3 x 2,243 x 104 + 1853,3 x 1,954 x 151 + 33046,5 x 632,1 + 1951,1 x 1613,7 = 58.388.697 kJ/h.
Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate:
Ta có: Lượng amoni carbamate phân hủy được: 3938,2 kg/h Nhiệt nóng chảy amoni carbamate: 25140 kJ/kmol
Nhiệt tạo thành amoni carbamate rắn: 159320 kJ/kmol
Q2 = 6.774.714 78 ) 25140 159320 ( 2 , 3938 x − = kJ/h
Nhiệt tiêu hao để tách amoniac khỏi amoni hidroxit Ta có:
Lượng amoniac trong amoni hidroxit vào hệ thống: 6503,7 kg/h Lượng amoniac ra khỏi hệ thống: 1951,1 kg/h
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 1 kg nước lỏng: 29540 kJ/kmol.
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 4,2 kmol nước lỏng: 33330 kJ/kmol. Q3 = 7.475.831,5 17 33330 1 , 1951 29540 7 , 6503 x − x = kJ/h
Nhiệt ra theo pha khí:
Gọi ma, mc và mhn lần lượt là lượng amoniac, CO2 và hơi nước ra ở pha khí của thiết bị, kg/h
ia, ic, ihn: entanpi của amoniac, CO2 và hơi nước ở 130oC và 5.105N/m2 Q4 = maia + mcic + mhnihn
= 6269,25 x 1566 + 2221,6 x 405 + 8037 x 546,3 = 15.108.006,6 kJ/h
Trong quá trình phân hủy và thu hồi thấp áp xem như không so sự tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh.
Vậy tổng lượng nhiệt ra của quá trình: QR = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
= 102.855.255,7 kJ/h.
Ta có phương trình cân bằng nhiêt: QV = QR
78.008.015,83 + x = 102.855.255,7 => x = 24.847.240 kJ/h
Vậy lượng nhiệt do thiết bị đun nóng cung cấp: 24.847.240 kJ/h Bảng 4.5 Nhiệt vào và nhiệt ra tại cụm phân hủy và thu hồi thấp áp
Nhiệt vào Nhiệt ra
Loại kJ/h Loại kJ/h Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào 78.008.015,23 Nhiệt ra theo dịch nóng lỏng của urê 58.388.697
Nhiệt theo hơi đốt nóng
24.847.240 Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate
6.774.714
Nhiệt tiêu hao để tách NH3 khỏi NH4OH
7.475.831,5
Nhiệt ra theo pha khí 15.108.006,6
Tổng 102.855.255,7 Tổng 102.855.255,7
4.5 Thiết bị tiền cô đặc 4.5.1 Các số liệu ban đầu 4.5.1 Các số liệu ban đầu
Nhiệt độ dung dịch nóng lỏng vào: 100oC Lượng nước bốc hơi: 16448,5 kg/h Nhiệt độ nóng lỏng ra: 104oC
Áp suất dịch nóng lỏng vào: 0,33.105 N/m2
4.5.2 Tính toán
4.2.2.1 Lượng nhiệt vào
Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào: Q1 = 58.388.697 kJ/h Nhiệt theo hơi đốt nóng:
Q2 = a kJ/h
Vậy tổng lượng nhiệt vào: QV = Q1 + Q2
4.2.2.2 Lượng nhiệt ra
Nhiệt theo dịch nóng lỏng của urê:
Gọi: mu, mc, ma, và mn lần lượt là lượng urê, carbamate, amoniac và nước nhập vào;
cu, cc lần lượt là nhiệt dung riêng của urê, carbamate và nước; ia, in là entanpi của amoniac và nước ở 104oC và 0,33.105 N/m2
Q1 = mucut + maia + mccct + mnin
= 99809,3 x 2,243 x 104 + 682,9 x 1507 + 213,2 x 1,954 x 104 + 16598 x 2681 = 68.854.409 kJ/h.
Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate:
Ta có: Lượng amoni carbamate phân hủy được: 1640 kg/h Nhiệt nóng chảy amoni carbamate: 25140 kJ/kmol
Nhiệt tạo thành amoni carbamate rắn: 159320 kJ/kmol
Q2 = 2.821.220,5 78 ) 25140 159320 ( 1640x − = kJ/h
Nhiệt tiêu hao để tách amoniac khỏi amoni hidroxit Ta có:
Lượng amoniac trong amoni hidroxit vào hệ thống: 1951,1 kg/h Lượng amoniac ra khỏi hệ thống: 682,9 kg/h
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 1 kg nước lỏng: 29540 kJ/kmol.
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 4,2 kmol nước lỏng: 33330 kJ/kmol. Q3 = 2.051.263,7 17 33330 9 , 682 29540 1 , 61951 x − x = kJ/h
Nhiệt ra theo pha khí:
Gọi ma, mc và mhn lần lượt là lượng amoniac, CO2 và hơi nước ra ở pha khí của thiết bị, kg/h
ia, ic, ihn: entanpi của amoniac, CO2 và hơi nước ở 104oC và 0,33.105N/m2 Q4 = maia + mcic + mhnihn
= 1983,1x1507 + 925x379,1 + 16448,5x2681 = 47.437.627,7 kJ/h
Trong quá trình tiền cô đặc xem như không so sự tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh.
Vậy tổng lượng nhiệt ra của quá trình: QR = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
= 121.164.521 kJ/h.
Ta có phương trình cân bằng nhiêt: QV = QR
58.388.697 + x = 121.164.521 => x = 62.775.824 kJ/h
Vậy lượng nhiệt do thiết bị đun nóng cung cấp: 62.775.824 kJ/h Bảng 4.6 Nhiệt vào và nhiệt ra tại thiết bị tiền cô đặc
Nhiệt vào Nhiệt ra
Loại kJ/h Loại kJ/h Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào 58.388.697 Nhiệt ra theo dịch nóng lỏng của urê 68.854.409
Nhiệt theo hơi đốt nóng 62.775.824 Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate
2.821.220,5
Nhiệt tiêu hao để tách NH3 khỏi NH4OH
2.051.263,7
Nhiệt ra theo pha khí 47.437.627,7
Tổng 121.164.521 Tổng 121.164.521
4.6 Thiết bị cô đặc lần 1 4.6.1 Các số liệu ban đầu 4.6.1 Các số liệu ban đầu
Lượng urê ra khỏi thiết bị: 99673,6 kg/h Lượng amoniac ra ở pha lỏng: 102,4 kg/h Lượng amoniac ra ở pha khí: 676 kg/h Lượng nước bốc hơi: 13194 kg/h Lượng CO2 ra ở pha khí: 121,54 kg/h
Nhiệt độ dịch nóng lỏng ra và nhiệt độ khí thoát ra: 128oC
Áp suất dịch nóng lỏng và áp suất khí thoát ra khỏi thiết bị: 0,33.105 N/m2 Lượng amoni carbamate bị phân hủy: 42,6 kg/h
Lượng urê bị phân hủy: 135,7 kg/h Lượng amoniac lỏng vào: 682,9 kg/h Lượng amoniac lỏng ra: 102,4 kg/h
4.6.2 Tính toán
4.2.2.1 Lượng nhiệt vào
Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào: Q1 = 68.854.409 kJ/h Nhiệt theo hơi đốt nóng:
Q2 = a kJ/h
Vậy tổng lượng nhiệt vào: QV = Q1 + Q2
4.2.2.2 Lượng nhiệt ra
Nhiệt theo dịch nóng lỏng của urê:
Gọi: mu, mc, ma, và mn lần lượt là lượng urê, carbamate, amoniac và nước nhập vào;
cu, cc lần lượt là nhiệt dung riêng của urê, carbamate và nước; ia, in là entanpi của amoniac và nước ở 128oC và 0,33.105 N/m2
Q1 = mucut + maia + mccct + mnin
= 99673,6 x 2,243 x 128 + 102,4 x 1576 + 170,6 x 1,954 x 128 + 4363,3 x 2748 = 40.768.881,4 kJ/h.
Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate:
Ta có: Lượng amoni carbamate phân hủy được: 42,6 kg/h Nhiệt nóng chảy amoni carbamate: 25140 kJ/kmol
Nhiệt tạo thành amoni carbamate rắn: 159320 kJ/kmol Q2 = 73.283 78 ) 25140 159320 ( 6 , 42 x − = kJ/h
Nhiệt tiêu hao để tách amoniac khỏi amoni hidroxit Ta có:
Lượng amoniac trong amoni hidroxit vào hệ thống: 682,9 kg/h Lượng amoniac ra khỏi hệ thống: 102,4 kg/h
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 1 kg nước lỏng: 29540 kJ/kmol.
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 4,2 kmol nước lỏng: 33330 kJ/kmol. Q3 = 985.875 17 33330 4 , 102 29540 9 , 682 x − x = kJ/h
Nhiệt ra theo pha khí:
Gọi ma, mc và mhn lần lượt là lượng amoniac, CO2 và hơi nước ra ở pha khí của thiết bị, kg/h
ia, ic, ihn: entanpi của amoniac, CO2 và hơi nước ở 128oC và 0,33.105N/m2 Q4 = maia + mcic + mhnihn
= 676 x1576 + 121,54 x 405 + 13194 x 2742 = 37.292.547,7 kJ/h
Nhiệt tiêu hao để phân hủy urê:
Ta có: Lượng urê bị phân hủy trong 1 giờ: 135,7 kg/h Nhiệt tạo thành urê từ các sản phẩm khí: 133050 kJ/kmol Q5 = 300.914,8 60 133050 7 , 135 x = kg/h
Trong quá trình cô đặc lần 1 xem như không so sự tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh.
Vậy tổng lượng nhiệt ra của quá trình: QR = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 79.421.501,9 kJ/h. Ta có phương trình cân bằng nhiêt:
QV = QR
68.854.409 + x = 79.421.501,9 => x = 10.567.092,9 kJ/h
Vậy lượng nhiệt do thiết bị đun nóng cung cấp: 10.567.092,9 kJ/h Bảng 4.7 Nhiệt vào và nhiệt ra tại thiết bị cô đặc lần 1
Nhiệt vào Nhiệt ra
Loại kJ/h Loại kJ/h Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào 68.854.409 Nhiệt ra theo dịch nóng lỏng của urê 40.768.881,4
Nhiệt theo hơi đốt nóng 10.567.092,9 Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate
73283
Nhiệt tiêu hao để tách NH3 khỏi NH4OH
985.875
Nhiệt phân hủy urê 300.914,8
Tổng 79.421.501,9 Tổng 79.421.501,9
4.7Thiết bị cô đặc lần 2 4.7.1 Các số liệu ban đầu 4.7.1 Các số liệu ban đầu
Lượng urê ra khỏi thiết bị: 99402,6 kg/h Lượng amoniac ra ở pha lỏng: 81,9 kg/h Lượng amoniac ra ở pha khí: 247,9 kg/h Lượng nước bốc hơi: 4089,4 kg/h Lượng CO2 ra ở pha khí: 294,9 kg/h
Nhiệt độ dịch nóng lỏng ra và nhiệt độ khí thoát ra khỏi thiết bị: 136oC Áp suất dịch nóng lỏng và áp suất khí thoát ra khỏi thiết bị: 0,03.105 N/m2 Lượng amoni carbamate bị phân hủy: 170,6 kg/h
Lượng urê bị phân hủy: 271 kg/h Lượng amoniac lỏng vào: 81,9 kg/h Lượng amoniac lỏng ra: 102,4 kg/h
4.7.2 Tính toán
4.7.2.1 Lượng nhiệt vào
Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào: Q1 = 40.768.881,4 kJ/h Nhiệt theo hơi đốt nóng:
Q2 = a kJ/h
Vậy tổng lượng nhiệt vào: QV = Q1 + Q2
4.7.2.2 Lượng nhiệt ra
Nhiệt theo dịch nóng lỏng của urê:
Gọi: mu, mc, ma, và mn lần lượt là lượng urê, carbamate, amoniac và nước nhập vào;
cu, cc lần lượt là nhiệt dung riêng của urê, carbamate và nước; ia, in là entanpi của amoniac và nước ở 136oC và 0,03.105 N/m2
Q1 = mucut + maia + mnin
= 99402,6 x 2,243 x 136 + 81,9 x 1590 + 192,3 x 2752 = 30.981.995 kJ/h.
Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate:
Ta có: Lượng amoni carbamate phân hủy được: 170,6 kg/h Nhiệt nóng chảy amoni carbamate: 25140 kJ/kmol
Nhiệt tạo thành amoni carbamate rắn: 159320 kJ/kmol Q2 = 293.475,7 78 ) 25140 159320 ( 6 , 170 x − = kJ/h
Nhiệt tiêu hao để tách amoniac khỏi amoni hidroxit Ta có:
Lượng amoniac trong amoni hidroxit vào hệ thống: 102,4 kg/h Lượng amoniac ra khỏi hệ thống: 81,9 kg/h
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 1 kg nước lỏng: 29540 kJ/kmol.
Nhiệt hòa tan tích phân 1 kmol amoniac khí vào 4,2 kmol nước lỏng: 33330 kJ/kmol. Q3 = 17.363 17 33330 9 , 81 29540 4 , 102 x − x = kJ/h
Nhiệt ra theo pha khí:
Gọi ma, mc và mhn lần lượt là lượng amoniac, CO2 và hơi nước ra ở pha khí của thiết bị, kg/h
ia, ic, ihn: entanpi của amoniac, CO2 và hơi nước ở 136oC và 0,03.105N/m2 Q4 = maia + mcic + mhnihn
= 247,9 x190 + 294,9 x 413 + 4089,4 x 2752 = 11.769.983,5 kJ/h
Ta có: Lượng urê bị phân hủy trong 1 giờ: 271 kg/h Nhiệt tạo thành urê từ các sản phẩm khí: 133050 kJ/kmol
Q5 = 600.942,5 60
133050
271x = kg/h
Trong quá trình cô đặc lần 2 xem như không so sự tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh.
Vậy tổng lượng nhiệt ra của quá trình: QR = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 43.663.759,7 kJ/h. Ta có phương trình cân bằng nhiêt:
QV = QR
40.768.881,4 + x = 43.663.759,7 => x = 2.894.878,3 kJ/h
Vậy lượng nhiệt do thiết bị đun nóng cung cấp: 10.567.092,9 kJ/h Bảng 4.8 Nhiệt vào và nhiệt ra tại thiết bị cô đặc lần 2
Nhiệt vào Nhiệt ra
Loại kJ/h Loại kJ/h Nhiệt theo dịch nóng lỏng vào 40.768.881,4 Nhiệt ra theo dịch nóng lỏng của urê 30.981.995
Nhiệt theo hơi đốt nóng 2.894.878,3 Nhiệt tiêu hao để phân hủy amoni carbamate
293.475,7
Nhiệt tiêu hao để tách NH3 khỏi NH4OH
600.942,5
Nhiệt ra theo pha khí 17.363
Nhiệt phân hủy urê 11.769.983,5