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

H2O - = 0,5590, или 55,90% масс.

Объем плава:

= 2,778 м3/ч

где 1457 кг/м3 – плотность 44,10% - ного раствора Na2SO4 [6]

Объем плава глауберовой соли с учетом разбавления плава водой в соотношении 1:2:

2,778 * 3 = 8,334 м3/ч

3.2.4. Объем добавленной воды:

2,778 * 2 = 5,556 м3/ч

2.3 Расчет расхода топлива

Тепло на участке кристаллизации расходуется в виде пара с давлением 3 кгс/см2 (0,3 МПа) на следующие цели:

Ø работа пароструйных насосов установок кристаллизации глауберовой соли (в работе 2 аппарата);

Ø на плавление глауберовой соли в плавильных топках (в работе 4 аппарата);

Ø в вакуум - испарителях – кристаллизаторах (5 в работе);

Ø работа пароструйных насосов испарителей – кристаллизаторов (5 в работе).

Исходные данные:

1. температура кристаллов глауберовой соли на выходе из центрифуг – 7,50С;

2. температура воды, подаваемой на разбавление плава в плавильный котел - 200С;

3. масса плавильного котла – 350 кг;

4. масса тепловой изоляции котла – 1000 кг.

Согласно технического паспорта на кристаллизационную установку расход пара давлением 3,0 кгс/см2 (0,3 МПа) и теплосодержанием 518,0 ккал/кг составляет 740,0 кг/г на 1 установку. При работе 2-х установок (1 резервная) с учетом 10 % потерь тепло расход тепла составляет:

Q1=740*518*1,1*2=843304 Ккал/ч

Расход тепла на плавление глауберовой соли

Расход тепла на нагрев кристаллов от t’н = 7,50 С до t’к = 500 С.

Q2’ = m2’c2’(t’k-t’н) = 4047.68 * 0.108 * (50-7.5) = 18578.9 Ккал/ч

m2‘ – масса кристаллов Na2SO4 * 10 H2O кг/ч

c2´ - теплоемкость кристаллов, ккал/кг*град

c2´ = 34,9 = = 0,108 [6]

322 – молекулярная масса Na2SO4 * 10 H2O кг/кмоль

Расход тепла на нагрев воды:

Q2´´ = m2´´c2´´(tk´´ - tн´´) = 5556 * 1(50-20) = 166680 ккал/ч

Расход тепла на плавление глауберовой соли:

Q2´´ = 4047*18,106 = 79287,3 ккал/ч

где 18,106 ккал/кг – теплота кристаллизации Na2SO4 * 10 H2O [6]

Расчет тепла на нагрев аппарата

Q2´´= G2cIV ∆t * n = 3500*0,11(50-20)*4= 46200 ккал/ч

G2- масса плавильного котла, кг

cIV - теплоемкость стали, ккал/кг*град

n – количество котлов в работе.

Расчет тепла на нагрев изоляции котла:

Q2v = Gvcv * ∆t * n = 1000 * 0,3 * (50-20)*4= 36000 ккал/ч

Потери тепла поверхностью изоляции котла (при коэффициенте теплопередачи К = 0,9 ккал/м2*ч*град

Q2vi = 0,9*5,5*10*4 = 198 ккал/ч

Общий расход тепла на плавление глауберовой соли:

Q2 = Q2I + Q2II + Q2III + Q2VI + Q2V + Q2VI = 18578,9 + 166680+73287,3+46200+36000+198 = 340944,2 ккал/ч

Расход тепла на работу струйных насосов. Согласно технического паспорта на испаритель - кристаллизатор на один аппарат расходуется пара с давлением 3кгс/см2 (0,3Мпа) и теплосодержанием 518,0 ккал/кг – 80 кг/ч

При работе 5 аппаратов расход пара составляет 80 * 5 = 400 кг/ч, или с учетом 10% потерь в виде тепла расход равен:

Q3I = 518 * 400 * 1,1 = 227920 ккал/ч

Расход тепла на испарение влаги из раствора.

Количество испаряемой влаги до состояния насыщения при 500С равно 80 кг/м3 раствора (данные производства), или

mII = 8 * 8,334 = 667,72 кг/ч

Расход тепла на испарение равен:

Q3II = mII rII = 667,72 * = 379 277,7 ккал/ч;

где rII – удельная теплота при 50оС, ккал/ч. [8]

Расход тепла при кристаллизации Na2SO4

Q3´´´ = m´´´q´´´ = 1785*3,239= 5781,6 ккал/ч,

где m´´´ - масса кристаллизующейся Na2SO4, кг/ч

q´´´ - удельная теплота кристаллизации Na2SO4, ккал/кг;

q´´´ = 1927 = = 9,239 ккал/кг

142 – молекулярная масса Na2SO4, кг/кмоль

Расход тепла на нагревание 5 аппаратов

Q3IV = m IVc IV(tk – tн) n = 7500 * 0.11(50-20)*5 = 123750 ккал/ч

Расход тепла на нагрев изоляции:

Q 3v = G3 vcv (tk – tн) n = 1200 * 0,3 (50-20) * 5= 54000 ккал/ч

Расход тепла на потери поверхностью аппаратов:

Q3VI = k * F ∆t * n = 0,9 * 8,3 * 10 * 5 = 373,5 ккал/ч

где F – поверхность 1 аппарата, м2

Общий расход тепла на кристаллизацию Na2SO4

Q3 = Q3I + Q3II + Q3III + Q3VI + Q3V + Q3VI = 227920 + 379277,7 + 5781,6 + 123750 + 54000 + 373,5 = 791 102,8 ккал/ч

Расход тепла по участку:

Q = Q1 + Q2 + Q3 = 843304 + 340944,2 + 791 102,8 = 1975351 ккал/ч

2.4 Расчет потребного оборудования и производственных площадей

2.4.1 Расчет потребного оборудования

Кристаллизатор вакуумный горизонтальный.

Исходные данные:

1. Размеры кристаллизатора:

Длина L=8862 мм.

Диаметр Д=2004 мм.

Емкость V=27 м3

2. Поверхность зеркала испарения

S = L Д = 8,862 2,004 = 17,759 м3

Расчет:

Требуется площадь зеркала испарения для кристаллизации 4047,7 кг/ч глауберовой соли:

По данным ЦЗЛ ОАО «Вискозные волокна» съем кристаллов глауберовой соли составляет 114 кг. В час с м2 зеркала испарения.

Требуется площадь зеркала испарения кристаллизаторов:

4047,7/114 =35,506 м2

Требуется кристаллизаторов для кристаллизации 4047,7кг/ч глауберовой соли: