Производство азотной кислоты. 1 Выбор метода производства (или выделение) готового продукта
 Скачать 5.75 Mb.
|
|
.2 Тепловой баланс Тепловой баланс контактного аппарата Определим приход тепла, выделяющегося по реакциям:   Приход тепла по первой реакции:  по второй реакции:  где: 4,1=(1368,6 - 1364,5) моль  .Приход тепла с аммиачно-воздушной смесью, поступающей в контактный аппарат, рассчитывается по формуле:  где:  - количество поступающей аммиачно-воздушной смеси, моль; - средние мольные теплоемкости компонентов аммиачно-воздушной смеси, в пределах от 0 до 250°С; - температура смеси, °С. Определим расход тепла  с уходящими газами от сеток нитрозными газами при температуре конверсии 900°С, принимая следующие мольные теплоемкости компонентов нитрозного газа в пределах 0 - 900°С [в Дж/(моль·градус)]:……………………31,9H2O……………………38,0 O2……………………..32,6 N2……………………...31,0  Потери тепла за счет излучения  , вызывающие снижение температуры сеток, составляет 5%:  Исходя из количества поступающеготепла, можно определить температуру аммиачно-воздушной смеси, поступающей в конвертор:  По результатам выполненных расчетов составим таблицу теплового баланса контактного узла. Таблица 7 - Тепловой баланс контактного узла
Тепловой баланс котла-утилизатора Запишем уравнение теплового баланса котла-утилизатора: Qнг + Qпв = Q'нг + Q'кв + Q'пп + Q'фп + Q'пот где: Qнг - тепло вносимое в котел с входящими нитрозными газами, кДж; Qпв - тепло вносимое в аппарат с входящей питательной водой, кДж;'нг - тепло уносимое из аппарата с уходящими нитрозными газами, кДж; Q'кв - тепло уносимое из аппарата с уходящей котловой водой, кДж;'пп - тепло уносимое из аппарата с уходящим перегретым паром, кДж;'фп - тепло поглощаемое при физоческом процессе (кипении), кДж;'пот - потери тепла в окружающую среду, кДж. Определим количество теплоты, вносимое в аппарат с входящими нитрозными газами: Qнг = (Σ (N (нг) i· Ср (нг) i)) · t нг где N(нг) i - количество вещества компонентов нитрозного газа, моль; Ср(нг) i - мольная теплоемкость компонентов нитрозного газа, Дж/(моль·К); t нг - температура входящих нитрозных газов, оС. Принимаем состав нитрозных газов на входе в котел-утилизатор: Таблица 8 - Состав нитрозных газов на входе в котел-утилизатор
Для компонентов нитрозного газа запишем коэффициенты уравнения Ср = ƒ(Т): Таблица 9 - Коэффициенты уравнения Ср = ƒ(Т)
Теплоемкость компонентов входящего нитрозного газа выражается уравнением: Срi = аi + bi·T + ci·T2 + c'i/Т2 (32) где Т - температура газа , К. Ср(NO) = 29,58 + (3,85·10-3)·1173 - (0,59·105)/(1173)2 = 34,053 Дж/(моль·К) Ср(NO2)=29,68 + (3,95·10-3)·1173 - (0,79·105)/(1173)2 = 34,256 Дж/(моль·К) Ср(O2) = 31,46 + (3,39·10-3)·1173 - (3,77·105)/(1173)2 = 35,162 Дж/(моль·К) Ср(N2) = 27,88 + (4,27·10-3)·1173 = 32,889 Дж/(моль·К) Ср(Н2O) = 30,00 + (10,71·10-3)·1173 +(0,33·10-6)· (1173)2=43,017 Дж/(моль·К) Таким образом, количество тепла вносимое в аппарат с нитрозными газами составит: Qнг= ((93,4) · (34,053) + (32,6) · (35,162) + (1364,5) · (32,889) + (120,2)·(34,256)+ +(408,55) · (43,017)) · 900 = 61919063,73 кДж Определим количество теплоты, вносимое в аппарат с входящей питательной водой: Qпв = (Nпв · Ср(пв) ) · t пв (33) где Nпв - количество вещества питательной воды, моль; Ср(пв) - мольная теплоемкость питательной воды, Дж/(моль·К); t пв - температура входящей питательной воды, оС. Для питательной воды запишем коэффициенты уравнения Ср = ƒ(Т) [3]: Таблица 10 - Коэффициенты уравнения Ср = ƒ(Т)
Подставив значения из таблицы (4.3) в уравнение (3) получим: Ср(пв) = 39,02 + (76,64·10-3)·377 +(11,96·10-6) · (377)2 = 69,613 Дж/(моль·К) Таким образом, количество тепла вносимое в аппарат с питательной водой составит: Qпв = (24500)·(69,613)·(104)/(18) = 9854106,889 кДж Определим количество теплоты, уносимое из аппарата с уходящими нитрозными газами: Q'нг = (Σ(N'(нг) i· С'р(нг) i)) · t' нг где N'(нг) i - количество вещества компонентов нитрозного газа, моль; С'р(нг) i - мольная теплоемкость компонентов нитрозного газа, Дж/(моль·К); t' н г - температура уходящих нитрозных газов, оС. Теплоемкость компонентов уходящих нитрозных газов выражается уравнением (3), подставив в него значения из таблицы (4.2), получим: Ср(NO) = 29,58 + (3,85·10-3)·533 - (0,59·105)/(533)2 = 31,424 Дж/(моль·К) Ср(NO2)=29,68 + (3,95·10-3)·533 - (0,79·105)/(533)2 = 31,507 Дж/(моль·К) Ср(O2) = 31,46 + (3,39·10-3)·533 - (3,77·105)/(533)2 = 31,940 Дж/(моль·К) Ср(N2) = 27,88 + (4,27·10-3)·533 = 30,156 Дж/(моль·К) Ср(Н2O) = 30,00 + (10,71·10-3)·533 +(0,33·10-6)· (533)2 = 35,802 Дж/(моль·К) Таким образом, количество тепла уносимое из аппарата с нитрозными газами составит: Q'нг= ((93,4) · (31,424) + (32,6) · (31,940) + (120,2)·(31,507) + (1364,5) · (30,156) + +(359,8) · (35,802)) · 260 = 16066130,24 кДж Определим количество теплоты, уносимое из аппарата с уходящей котловой водой: Q'кв = (N'кв · С'р (кв)) · t' кВ где N'кв - количество вещества котловой воды, моль; С'р(кв) - мольная теплоемкость котловой воды, Дж/(моль·К); t' кв - температура уходящей котловой воды, оС. Подставив значения из таблицы (4.3) в уравнение (3) получим: С'р(кв) = 39,02 + (76,64·10-3)·377 +(11,96·10-6) · (377)2 = 69,613 Дж/(моль·К) Таким образом, количество тепла уносимое из аппарата с котловой водой составит: Q'кв = (1050) · (69,613) · (104) / (18) = 422318,8667 кДж Определим количество теплоты, уносимое из аппарата с уходящим перегретым паром: Q'пп = (N'пп · С'р (пп)) · t' пп где N'пп - количество вещества перегретого пара, моль; С'р(пп) - мольная теплоемкость перегретого пара, Дж/(моль·К); t' пп - температура уходящего перегретого пара, оС. Подставив значения из таблицы (4.2) в уравнение (3) получим: С'р(пп) = 30,00 + (10,71·10-3)·523 +(0,33·10-6) · (523)2 = 35,692 Дж/(моль·К) Таким образом, количество тепла уносимое из аппарата с прегретым паром составит: Q'пп = (19540) · (35,692) · (250) /(18) = 10182134,44 кДж Определим количество теплоты, затраченное на образование перегретого пара: Q'фп = mпп· (I- (С'р(пп) · tпв )/18) где mпп - масса перегретого пара, кг; I - энтальпия перегретого пара составляет 2916,5 кДж/кг; - молекулярный вес воды, кг/кмоль. Таким образом, количество тепла затраченное на образование прегретого пара составит: Q'фп = 19540 ·(2916,5 - (69,613 · 104)/18) = 45257248 кДж Из уравнения теплового баланса (1) определим потери тепла в окружающую среду: Q'пот = (Qнг + Qпв ) - ( Q'нг + Q'кв + Q'пп + Q'фп) Q'пот = (61919063,73 + 9854106,889) - (16066130,24 + 422318,8667 + 8923000 + +45257248) = 1104473,509 кДж Потери тепла в окружающую среду не должны превышать 5 % от общего прихода тепла: ((Q'пот ) / (Qнг + Qпв )) · 100 % ≤ 5 % ((1104473,509) / (61919063,73 + 9854106,889)) · 100 % = 1,54 % , что довлетворяет поставленному условию. Составим таблицу теплового баланса: Таблица 11 - Таблица теплового баланса
.3 Конструктивный расчет Если применяется комбинированный катализатор (платиноидные сетки и слой неплатинового катализатора - активного и стойкого при данной температуре). Количество платиноидных сеток диаметром нитей 0,009 см должо состовлять не менее половины от нормельного расчетного количества. Слой неплатинового катализатора в 50 мм заменяет две платиноидные сетки. Высота слоя в данном случае активированного и термостойкого железоалюминиевого катализатора составит  где: - количество сеток, шт.;тогда  Определим объем катализатора  в контактном аппарате и время контакта t газа с катализатором по следующим исходным данным:Производительность конвертора 300000 кг/сутки Давление 0,73 МПа Температура 900 °С Объемная скорость (согласно регламенту цеха) Степень превращения 97% На 1 т азотной кислоты расходуется 3637 м3 аммиачно-воздушной смеси. Зная производительность конвертора 12500 кг/ч, найдем расход циркулирующего газа с учетом степени превращения:  Объем катализатора:  Время конверсии t при температуре окисления аммиака 900°С можно определить по уравнению  где: α - выход оксида азота,%. При выходе оксида азота, равном 97%  отсюда  Площадь сечения Ѕ конвертора будет ровна:  где:  - объем аммиачно-воздушной смеси при 0°С равен | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
