1. Выбор и обоснование принятой схемы производства
 Скачать 461.18 Kb.
|
|
3.2 Описание технологической схемы Переработка окислов азота в азотную кислоту Нитрозный газ после котла-утилизатора направляется в экономайзеры, который установлен последовательно по ходу нитрозного газа. Каждый водяной экономайзер состоит из трех блоков змеевиков, помещенных в общей камере. По трубкам экономайзера протекает питательная вода, а в межтрубном пространстве – нитрозный газ. В теплообменной части экономайзера нитрозный газ охлаждается до температуры 250 ÷ 260оС. В объеме газоходов и в свободном объеме второго по ходу нитрозного газа «не кипящего» экономайзера температура нитрозного газа повышается до температуры 270 ÷ 290оС. В теплообменной части экономайзера нитрозный газ охлаждается до температуры 185 ÷ 195оС. Затем нитрозный газ охлаждается до температуры 110 ÷ 188оС в подогревателе частично обессоленной воды , который представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В трубной части теплообменника – нитрозный газ, в межтрубном – частично обессоленная вода. После подогревателя частично обессоленной воды нитрозный газ поступает в водяной холодильник нитрозного газа I ступени, где охлаждается до температуры 55 ÷ 65оС. Одновременно с охлаждением газов происходит конденсация паров воды, образующихся в результате реакции окисления аммиака и образование азотной кислоты при поглощении окислов азота водой. Образовавшаяся азотная кислота с массовой концентрацией 35 ÷ 45% отводится в нижнюю часть газового холодильника-промывателя . Водяной холодильник нитрозного газа I ступени представляет собой горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник. В трубном пространстве нитрозный газ, в межтрубном – оборотная вода. После длительного периода эксплуатации схемой предусмотрена кислотная промывка холодильника для очистки поверхности трубчатки от солей. Промывка осуществляется 50 ÷ 60% азотной кислотой, в межтрубное пространство холодильника. На период промывки холодильник оглушается от водяных коллекторов заглушками из нержавеющей стали. Охлажденный нитрозный газ после холодильника нитрозного газа I ступени поступает в газовый промыватель, где на четырех тарелках повального типа происходит охлаждение и отмывка нитрозного газа азотной кислотой от нитрит – нитратных солей аммония. Нитрозный газ на тарелках охлаждается до температуры 40 ÷ 60оС. В теплообменниках и образовавшиеся нитрит – нитратные соли аммония частично поглощаются конденсатом азотной кислоты. Основное количество аммония и проскочивший газообразный аммиак улавливается в газовом промывателе, поэтому накопление солей аммония в азотной кислоте в кубе является основным показателем полноты сгорания аммиака в контактных аппаратах. В кислой среде куба газового промывателя нитрит аммония окисляется по реакции: 2NН4NО2 + 2 НNО3 = 2 NН4NО3 + NО2 + NО + Н2О При выходе на режим массовая концентрация аммонийных солей в азотной кислоте в кубе промывателя должна быть не более 2 г\дм3 , в нитрозном газе после – не более 500 мг\м3 . При нормальной работе массовая концентрация солей аммония в азотной кислоте на выходе из 70 ÷ 200 мг\дм3 , в нитрозном газе после 100 ÷ 200 мг\дм3 . При нормальном технологическом режиме впрыск смеси частично обессоленной воды и парового конденсата производится два раза в смену в течение 30 минут. При подаче смеси частично обессоленной и конденсата пара в нитрозный нагнетатель, необходимо контролировать температуру нитрозного газа после нагнетателя, не допуская понижения более, чем на 10 ÷ 15оС. Отмывка и охлаждение нитрозного газа осуществляется азотной кислотой массовой долей 35 ÷ 45%, циркулирующей по циклу: газовый промыватель → холодильник азотной кислоты I cтупени → кислотный насос → холодильник азотной кислоты II ступени – газовый промыватель . В холодильнике I ступени азотная кислота охлаждается оборотной водой до температуры 50 ÷ 55оС, в холодильнике II ступени – до температуры 35 ÷ 40оС. Нижняя часть газового промывателя является сборником азотной кислоты, образующейся в холодильнике нитрозного газа и газовом промывателе . Образующаяся в холодильнике II ступени азотная кислота с массовой долей 60 ÷ 65% (вес) отводится в нижнюю часть абсорбционной колонны . Нитрозный газ поступает под первую тарелку абсорбционной колонны. Сверху абсорбционная колонна орошается смесью ЧОВ и конденсата водяного пара. На тарелках абсорбционной колонны происходит поглощение окисов азота из нитрозного газа конденсатом водяного пара с образованием азотной кислоты в кубе колонны с массовой долей 58 ÷ 60%. Охлаждение нитрозного газа после нагнетателя до температуры 135 ÷ 145оС происходит в холодильнике нитрозного газа питательной водой. Дальнейшее охлаждение нитрозного газа до 60 ÷ 65оС происходит в водяном холодильнике II ступени, который представляет собой горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник. По трубкам проходит нитрозный газ, в межтрубном пространстве - оборотная вода. Промывка холодильника аналогична промывке холодильника нитрозных газов I ступени. 3.3 Расчеты технологических процессов 3.3.1 Расчеты материальных балансов процессов Целью материального баланса является определение равновесного состава газовой смеси, степени окисления оксида азота, состава газа после процесса конденсации. Исходные данные для расчета [1]: Состав газа на входе в холодильник-конденсатор [1].
Расчет ведем на 1000 кг 100,00%-й HNO3, получаемой в технологическом процессе. Температура нитрозных газов на входе в холодильник, 0С 130. Температура нитрозных газов на выходе из холодильника, 0С 65. Температура охлаждающей воды , 0С 40. Давление в холодильнике, МПа 0,36 Диаметр холодильника-конденсатора, м 2,2. Поверхность теплообмена, м2 1428. Наружный диаметр трубок, м 0,05. Расход газа, поступающего в холодильник-конденсатор 3789,17нм3/т [1]. Зная состав газа, можно определить расход каждого компонента:
Расчет материального баланса процесса окисления нитрозного газа Равновесие и скорость окисления оксида азота II. NO+1/2O2=NO2 ΔrH(298) =112кДж/моль (3.1) Зависимость константы равновесия от температуры по данным М. Боденштейна [3] выражается следующим уравнением: LgK =Lg  +1,75LgT-0,0005T+2,839 (3.2)Для расчета равновесной степени окисления оксида азота (II) выразим парциальные давления газов, входящие в уравнение равновесия, через общее давление в зависимости от начальной концентрации газа[3]: Введем обозначения: 2a- начальная концентрация NO, мольн.доли; b- начальная концентрация O2, мольн.доли; xр- равновесная степень окисления NO, доли единицы; Робщ- общее давление газа, атм. Равновесные концентрации компонентов газовой смеси согласно реакции (3.1)составят:
Тогда парциальные давления компонентов газа при общем давлении 3,6 атм. в момент равновесия будут равны: PNO=   Pобщ;РO2=  Pобщ;РNO2=  Pобщ;Подставляя значения парциальных давлений в уравнение равновесия, получим:  = |