II.1. Tổng nhiệt lượng vào:
II.1.1. Nhiệt lượng do dung dịch mang vào tháp:
Qddvào = 7243,49.3,417.30 = 682.706,2 (kJ)
II.1.2. Nhiệt lượng do khí mang vào tháp:
Qkhívào = (mNH3. CNH3+ mCO2 . CCO2 + mkhí trơ. Ckhí trơ) .t + mH2O(h) . i ”H2O,(kJ) Trong đó:
t: Là nhiệt độ của khí vào °C .
Qkhívào: Nhiệt lượng do khí mang vào, kJ
mCO2, mkhí trơ, mH2O: Khối lượng của CO2 ,khí trơ và hơi H2O trong hỗn hợp khí vào, (kg).
Ta nhận thấy hỗn hợp khí vào tháp là hỗn hợp khí ra từ tháp cacbonat hóa sơ bộ và tháp cacbonat hóa kết tinh.
Do vậy:
Nhiệt lượng do khí mang vào tháp từ tháp cacbonat hóa sơ bộ bằng (theo tính toán ở phần trước) Theo bảng 9 ta có: mNH3 = 57,67 (kg) mCO2 = 132,62 (kg) mkhí trơ = 427,7 (kg) mH2O = 33,3 (kg)
CNH3, Ckhí trơ , CCO2 , CH2O: Nhiệt dung riêng của NH3, CO2 và khí trơ ở nhiệt độ vào t
=50°C (kJ/kg.độ)
i”H2O: Entanpy của hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, kJ/kg CNH3 = 2,144 (kJ/kg.độ)
CCO2 = 0,884 (kJ/kg.độ) Ckhí trơ = 1,006 (kJ/kg.độ) i”H2O = 2587,4 (kJ/kg)
Vậy với nhiệt độ khí vào là 50°C, ta có nhiệt lượng do khí mang vào tháp là: Q2 =( 132,62. 0,884 + 57,67. 2,144+ 427,7. 1,006).50 + 33,3. 2587,4 = 120.534,4 (kJ)
Vậy tổng nhiệt do hỗn hợp khí mang vào tháp là:
Qkhívào = Q1 + Q2 = 26.970,1 + 120.534,4 = 147.504,5 (kJ)
II.1.3. Nhiệt lượng do phản ứng hóa học:
NH3 + H2O = NH4OH + 486 kcal/kg NH3
Theo tính toán cân bằng vật chất ta có lượng NH3 tiêu tốn cho phản ứng trên là 7,7 kg, do đó lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng là:
Q1 = 7,7 . 4,1868 . 486 = 15667,8 (kJ)
b) 2NH4OH + CO2 = (NH4)2CO3 + H2O + 81,74 kcal/mol NH4OH
Theo tính toán thì lượng NH4OH tiêu tốn cho phản ứng trên là: mNH4OH = 115,58 (kg).
Do đó nhiệt lượng của phản ứng trên là:
134964,4( ) 35 . 2 58 , 115 . 1000 . 74 , 81 2 kJ Q = =
c) Nhiệt độ hòa tan khí CO2.
Theo tính toán cân bằng chât tháp rửa khí I thì lượng CO2 bị hấp thụ là:72,65 (kg) Do đó nhiệt lượng là: 32048,6( ) 44 65 , 72 . 1000 . 41 , 19 3 kJ Q = =
Vậy ở nhiệt độ t =30°C thì tổng lượng nhiệt do phản ứng đem vào là: Qp/tr = Q1 + Q2 + Q3
Qp/tr = 15667,8 + 134964,4 + 32048,6 = 182680,8 (kJ). Tóm lại nhiệt lượng mang vào tháp rửa khí I là:
Qvào = Qddvào + Qkhívào+ Qp/ưvào
Qvào = 682706,2 + 147504,5 + 182680,8 = 1.012.891,5 (kJ)
II.2. Tổng nhiệt lượng ra khỏi tháp rửa khí I: II.1.2.1 Nhiệt lượng mang ra do dung dịch:
Qddra= mhpra . Chpra .t. (kJ) Trong đó:
Qddra: Nhiệt lượng do dung dịch mang ra, kJ
mddra: Khối lượng của dung dịch ra khỏi tháp, kg, t: Nhiệt độ của dung dịch ra khỏi tháp, °C
Chpra : Nhiệt dung của dung dịch ra ( tại nhiệt độ t°C ) được xác định theo công thức sau:
Chpra = ∑ Ci . xi (kJ/kg.độ) Trong đó:
Ci : Nhiệt dung riêng của chất thứ i, (kJ/kg.độ) xi : Thành phần của chất thứ i, (phần khối lượng). Giả thiết nhiệt độ ra của dung dịch là 40°C
Cấu tử Lượng các chất (kg) Ci (kJ/kg.độ) xi (phần khối lượng) Ci. xi (kJ/kg.độ) NaCl 1621,53 0,879 0,2239 0,1968 NH4OH 362,15 2,598 0,0493 0,1281 H2O 970,33 1,972 0,1322 0,2607 (NH4)2CO3 4386,37 4,179 0,5976 2,4974 Tổng 7340,38 3,0830
Vậy nhiệt lượng do dung dịch ra khỏi tháp rửa khí I:
Qddra = mddra . Cddra .t = 7340,38. 3,0830.t= 22630,4.t (kJ)
II.2.2.Nhiệt lượng do khí mang ra
Qkhíra = (mNH3 . CNH3 + mCO2 . CCO2 + mkhí trơ . Ckhí trơ) .t + mH2O(h) . i”H2O, (kJ) Trong đó:
Qkhíra: Nhiệt lượng do khí mang ra, kJ
t: Là nhiệt độ của hỗn hợp khí ra °C; t =36°C.
mNH3, mkhí trơ , mCO2 , mH2O: Khối lượng của NH3, CO2 , khí trơ và hơi H2O trong hỗn hợp khí ra, (kg)
Chất CO2 NH3 H2O Khí trơ Khối lượng
(kg/tấn sp) 71,6 75,4 24 602,2
CNH3, Ckhí trơ , CCO2 , CH2O: nhiệt dung của khí NH3, CO2 ,khí trơ ở nhiệt độ khí ra là t
=36°C, (kJ/kg.độ)
i”H2O: Entanpy của hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, t =36°C kJ/kg CCO2 = 0,864 (kJ/kg.độ)
CNH3 = 2,114 (kJ/kg.độ) Ckhí trơ = 1,006 (kJ/kg.độ) i”H2O = 2560,6 (kJ/kg)
Vậy với nhiệt độ khí ra là t =36°C, ta xác định được nhiệt lượng do khí mang ra khỏi tháp là:
Qkhíra =( 71,6. 0,864 + 75,4. 2,114 + 602,2. 1,006).36 +24. 2560,6 = 91.229,0 (kJ)
II.2.3. Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường
Ta chọn nhiệt lượng tổn thất ra môi trường bằng 5% tổng nhiệt lượng vào, do đó nhiệt lượng tổn thất là Qtt là:
Qtt = 0,05. Qvào = 0,05. 1012891,5 Qtt = 50.644,6 (kJ)
Cân bằng nhiệt tháp rửa khí I
Qvào = Qra hay 1012891,5= 22630,4.t + 91229,0 + 50644,6 t =38,5°C.
Bảng 14: Tóm tắt cân bằng nhiệt tháp rửa khí I:
( cho một tấn sản phẩm) Thành phần vào Nhiệt lượng (kJ) % Thành phần ra Nhiệt lượng (kJ) %
Dung dịch 682706,2 64,40 Dung dịch 871017,9 85,99 Khí vào 147504,5 14,56 Khí vào 91229,0 9,01 Phản ứng 182680,8 18,04 Phản ứng 50644,6 5,00 Tổng 1.012.891, 5 100,00 Tổng 1.012.891, 5 100,00