Производство неконцентрированной азотной кислоты. 1. Выбор и обоснование принятой схемы производства

• Название: 1. Выбор и обоснование принятой схемы производства
• Дата: 02.10.2022
• Размер: 1.25 Mb.
• Имя файла: Производство неконцентрированной азотной кислоты.doc
• Тип: Реферат; #709636
• страница: 3 из 5

3.3.2 Расчет тепловых процессов

Целью теплового расчета является определение количества воды, необходимой для охлаждения нитрозного газа при данных условиях.

Исходные данные:

-температура нитрозных газов на входе в холодильник, 0С 130

-температура нитрозных газов на выходе из холодильника, 0С 65

-температура охлаждающей воды , 0С 40
Температурные ряды и теплоты образования веществ, участвующих в процессе.

Соединение	Температурный ряд			Энтальпия, кДж/моль
	A	b	c’
O2	31,46	3,39 	-3,37 	0
N2	27,87	4,27 	0	0
H2O	30	10,71 	0,33	-241,84
NO	29,58	3,85 	-0,59 	90,37
NO2	42,93	8,54 	-6,74 	33,89

Тепловой баланс холодильника-конденсатора

Тепловой баланс холодильника-конденсатора имеет следующий вид:
Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q1’+Q2’+Q3’+Q4’,
где Q1-тепло, вносимое нитрозным газом;

Q2-тепло окисления монооксида азота в диоксид;

Q3-тепло образования моногидрата;

Q4-тепло разбавления моногидрата;

Q5-тепло конденсации воды;

Q1’-тепло, уходящее с нитрозным газом;

Q2’-тепло, уходящее с кислотой;

Q3’-теплопотери;

Q4’-тепло, отводимое с охлаждающей водой.

Приход тепла

Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на входе в холодильник- конденсатор при температуре 130  или 403К.

Теплоемкость кислорода:

Теплоемкость азота:

Теплоемкость воды:

Теплоемкость оксида азота (II):


Теплоемкость оксида азота (IV):

Средняя теплоемкость нитрозного газа на входе в аппарат:

1)Тепло, вносимое нитрозным газом:
Q1=
где V – расход нитрозного газа, проходящего через холодильник- конденсатор, нм3/т;

tвх- температура нитрозного газа на входе в холодильник-конденсатор, оС;

2)Тепло окисления монооксида азота в диоксид:
Q2=
где 57070,05- теплота окисления монооксида азота в диоксид, кДж/кмоль;

3)Тепло образования моногидрата:
Q3=
где 173000-теплота образования азотной кислоты, кДж/кмоль;

10,8-количество сконденсировавшихся паров воды, кг/т;

4)Тепло разбавления моногидрата:
Q4=
где 67,38-количество растворенного моногидрата азотной кислоты,кг;

31600-теплота разбавления моногидрата кислоты, кДж/кмоль;

5)Тепло конденсации воды:
Q5= ;
Где 4939,6-тепло конденсации воды, кДж/кмоль;

Общий приход тепла: Q=1436663,67кДж/т;

Расход тепла:

Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на выходе в холодильник-конденсатор при температуре 65  или 338К.

Теплоемкость кислорода:

Теплоемкость азота:


Теплоемкость воды:

Теплоемкость оксида азота (II):

Теплоемкость оксида азота (IV):

Средняя теплоемкость нитрозного газа на выходе из аппарата:

1)Тепло, уходящее с нитрозным газом:
Q1’= =
где - температура нитрозного газа на выходе из холодильника, 0С ;

2)Тепло, уходящее с кислотой:

Q2’ =mk  Ck  tk = где
mk-масса кислоты, кг/т;

Ck-теплоемкость кислоты, кДж/кмоль;

tk- температура кислоты, 

3) Теплопотери.

Принимаем, что потери тепла в окружающую среду составляют 3% от общего количества, поступающего в аппарат.

Q3’=

4)Тепло отводимое с охлаждающей водой.
Q4’= Q-( Q1’+ Q2’+ Q3’)=
;

Таблица 3.5.

Тепловой баланс холодильника-конденсатора.

Статьи прихода	кДж/т	%	Статьи расхода	кДж/т	%
1) Тепло с газами	670122,29	46,64	1)Тепло с газами	571614,62	39,79
2) Тепло окисления	140152,83	9,76	2)Тепло с кислотой	2534,301	0,18
3) Тепло образования моногидрата	83410,71	5,81	3)Теплопотери	43099,91	2,99
4) Тепло разбавления моногидрата	7950,16	0,55	4)Тепло, уходящее с водой	819414,84	57,03
5) Тепло конденсации воды	535027,68	37,24
Итого:	1436663,67	100	Итого:	1436663,67	100

Рассчитаем количество воды, необходимой для охлаждения нитрозного газа при данных условиях. Принимаем температуру поступающей воды 40 уходящей воды 50 
m= 
где  -теплоемкость воды, Дж/моль град;

 -тепло охлаждающей воды, кДж/т;
3.3.3 Конструктивные расчеты основного аппарата

Определяется поверхность теплообмена, необходимая для холодильника-конденсатора.
;
где - тепловая нагрузка аппарата, кДж/с;

- разность температур процесса,  ;

К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м2град) 

Проводится расчет коэффициента теплопередачи К:
K= ,
где δ-толщина стенки трубок, δ=2мм=0,002м;

 - коэффициент теплопередачи от газа к стенке, Вт/(м2град);

 - коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду, Вт/(м2град) 

 - коэффициент теплопроводности стенки, =62,7 Вт(м град);

Производится расчет  :
 =;
где  -критерий Нуссельта;

 -эквивалентный диаметр;

При расчете коэффициент теплопередачи нужно рассчитать критерий Re:
Re=;
где -скорость нитрозного газа в аппарате, м/с;

 -динамический коэффициент вязкости, кг/с м2;

 -плотность нитрозного газа.

Для расчета скорости нитрозного газа и   необходимо рассчитать площадь сечения межтрубного пространства:
;
где  -диаметр корпуса холодильника-конденсатора, м;

  – диаметр трубок , м;

  – число трубок, шт;

 -число ходов;
;
где П-периметр трубок, м;



 =
 = ;
где  -секундный объем нитрозного газа в рабочих условиях,нм3/с;
 ==1,3

кг/м3;

Тогда Rе=

Rе

Nu=0,021

 -поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы L к ее диаметру d, =1 [8]

-для газов равен 1 [8]

Pr-для многоатомных газов равен 1, тогда

Nu=0,0211 =782,37;

Вт/м2 град;

По вышеописанной методике рассчитывается ;

=403,45 Вт/(м2град);

K= Вт/(м2град);

Определяется средняя разность температур процесса:

130 

40- 27

90 38

= =47,83 

необходимая поверхность теплообмена составит:



Исходя из расчетной величины холодильника-конденсатора в схеме применяется один стандартный холодильник-конденсатор с поверхностью теплообмена 1428 м2.

Запас поверхности теплообмена холодильника-конденсатора составляет:

%.