Рефераты

Главная

Рефераты по математике

Рефераты по музыке

Рефераты по авиации и
космонавтике

Рефераты по
административному праву

Рефераты по химии

Рефераты по
хозяйственному праву

Рефераты по цифровым
устройствам

Рефераты по
экологическому праву

Рефераты по рекламе

Рефераты по физике

Рефераты по философии

Рефераты по финансам

Криминалистика
криминалогия

Гражданское право
гражданский

Авиация

Литература

Литература зарубежная

Литература русская

Сельское лесное хозяйство
и землепользование

Социология и
обществознание

Криптология

Этика

Философия

Финансы деньги и налоги

Хозяйственное право

Химия

Фотография

Остальные рефераты

Регенерация азотной и серной кислоты

перетекает через штуцер из зоны сепарации по трубопроводу в холодильник.

Газовый поток, контактируя на ступенях с кислотой, отдает ей свое

тепло, освобождается от брызг кислоты в брызгоуловительных ступенях и с

содержанием кислых компонентов в пределах санитарной нормы выбрасывается

через трубу выброса газов в атмосферу.

2.3. Стандартизация. Технологическая характеристика сырья, полуфабрикатов,

готового продукта. ГОСТ и технические требования.

Технологический процесс регенерации отработанных кислот позволяет

получить концентрированную HNO3 и H2SO4, от вещающие требованиям

соответствующих стандартов.

1. Азотная кислота концентрированная

Таблица №3 - Технические характеристики на HNO3 по ГОСТ 701-78

|№ |Наименование показателей |Нормы |

| |Содержание HNO3, в %, не менее |98,9 |98,2 |97,5 |

| |Содержание H2SO4, в %, не менее |0,04 |0,05 |0,06 |

| |Содержание окислов азота N2O4, в %, не |0,2 |0,3 |0,3 |

| |Содержание прокаленного остатка, в % |0,005 |0,015 |0,03 |

2. Кислота серная техническая регенерированная (купоросное масло)

Таблица №4 - Технические условия на H2SO4 по ГОСТ 2184-77

|№ |Наименование показателей |нормы |

| |Содержание H2SO4, в %, не менее |91,0 |

| |Содержание нитросоединений, в %, не менее |0,2 |

| |Содержание прокаленного остатка, в % |0,4 |

| |Содержание окислов азота N2O3, в %, не более |0,01 |

| |Содержание железа, в %, не более |0,2 |

3. Отработанные и вытесненные кислоты представляют собой тройную смесь

азотной и серной кислот, а также воды.

Таблица №5 - Состав тройных смесей

| |Азотная кислота, в % |15-22 |15-22 |

| |Серная кислота, в % |35-40 |35-40 |

| |Окислы азота, в % |4-5 |0,5-1,0 |

| |Вода, в % |33-46 |37-49,5 |

4. Слабая серная кислота

Таблица №6 Состав слабой H2SO4 должен удовлетворять условиям ГОСТа 1500-78

|№ |Наименование составных частей |Нормы |

| | | |

|1. |Содержание серной кислоты, в % |67-70 |

| | | |

|2. |Содержание азотной кислоты, в % |0,03 |

| | | |

Топливо (природный газ)

Природный газ должен соответствовать требованиям по ГОСТ 5542-70

Таблица №7 Технические условия на природный газ

|№ |Наименование показателей на 100 гр. Газа |Нормы |

| | | |

| |Содержание сероводорода в гр., не более |2 |

| |Содержание аммиака в гр., не более |2 |

| |Содержание синильной кислоты в гр., не более |5 |

| |Содержание смол и пыли в гр., не более |0,1 |

| |Содержание нафталина в гр., не более |10 |

| |Содержание кислорода в гр., не более |1 |

Природный газ используется для получения тепла при концентрировании

кислот.

Серная кислота концентрированная должна быть изготовлена в

соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому

регламенту, утвержденному в установленном порядке. По физико-техническим

показателям СК должна соответствовать нормам, указанным в таблице 8 по ГОСТ

2184-77.

Таблица №8

|№ |Наименование показателей |норма |

| |Массовая доля моногидрата|92,5 |94 |92,5 |94 |

| |Массовая доля свободного |- |- |24 |24 |

| |Массовая доля железа, не |0,006 |0,015 |0,006 |0,01 |

| |Массовая доля остатка |0,02 |0,03 |0,02 |0,03 |

| |Массовая доля окислов |0,00005 |0,0001 |0,0002 |0,0005 |

| |Массовая доля мышьяка |0,00008 |0,00001|0,00008 |0,00001|

| |Массовая доля хлористых |0,0001 |0,0005 |Не нормируется |

| |Массовая доля свинца |0,001 |0,01 |0,0001 |0,001|

| |Цвет в мл. раствора, |1 |2 |Не нормируется |

Свойства готовых продуктов, сырья и полуфабрикатов.

1. Азотная кислота концентрированная HNO3 в чистом виде – бесцветная

жидкость с едким, удушливым запахом; имеет удельный вес 1,5 гр/см3 ; 100%

HNO3 плавится при температуре –42 ОС; кипит при температуре +86 ОС. HNO3

действует на все металлы, кроме серебра и платины. Хранится и

транспортируется в алюминиевых цистернах. На свету медленно разлагается с

выделением кислорода и двуокиси азота NO2. Туман азотной кислоты и окиси

азота в виде NO2, N2O3 вызывает тяжелые отравления. ПДК в рабочей зоне – до

5 мг/м3 .

2. H2SO4 техническая, регенерированная. H2SO4 в чистом виде –

прозрачная бесцветная жидкость. Удельный вес – 1,81-1,84 гр/см3 .

Температура кипения безводной серной кислоты 275 ОС, Температура плавления

10,45 ОС.

Концентрированная СК на холоде не действует на металлы, поэтому ее

можно хранить в емкостях из черного металла. ПДК туманообразной кислоты в

воздухе рабочей зоны 1мг/м3 .[ ]

2.4. Химизм основных и побочных реакций [4]

При установившемся в денитрационной колонне ГБХ равновесном процессе,

HNO3 из смеси кислот, поступающий в колонну на тарелку испарения, частично

уходит на нижележащие тарелки, откуда снова отгоняется на тарелку

испарения. В процессе дистилляции, то есть отгонки HNO3 из тройной смеси,

поднимающиеся вверх пары обогащаются более летучим компонентом – HNO3, а в

движущуюся вниз жидкость преходит менее летучий компонент – вода.

Процесс испарения HNO3 происходит главным образом в средней части

колонны. H2SO4, пройдя эту зону, содержит в себе растворенные окислы азота,

переходящие из тройной смеси. Даже если в тройной смеси не было бы

растворенных окислов азота, то при частичном разложении HNO3 происходит

выделение окислов, которые взаимодействуя с H2SO4, образуют нитрозилсерную

кислоту:

2H2SO4 + N2O3 = 2HNSO5 + H2O + 86250 Дж.

Диоксид или четырехоксид азота, реагируя с концентрированной H2SO4,

образует нитрозилсерную кислоту и азотную кислоту:

2NO2 + H2SO4 = HNSO5 + HNO3

Процесс разложения нитрозилсерной кислоты с выделением окислов азота

характеризуется как процесс денитрации. Однако термин "денитрация" служит

для обозначения процесса, обратного этерификации. В данном случае более

правильно процесс разложения нитрозилсерной кислоты называть процессом

гидролиза:

2HNSO5 + 2H2O = 2H2SO4 + 2HNO2

2HNO2 = H2O + N2O3 (жид)

N2O3 (жид) = N2O3 (газ)

N2O3 (газ) = NO(газ) + NO2(газ)

Азотистая кислота (HNO2), образующаяся при гидролизе нейстойчива и

распадается:

2HNO2 = H2O + HNO3 + 2NO

Нитрозилсерная кислота является довольно стойким соединением, которое

при концентрациях H2SO4 выше 70% не разлагается полностью даже при

температуре кипения. При разбавлении H2SO4 водой происходит гидролиз

нитрозилсерной кислоты, степень которой увеличивается с понижением

концентрации H2SO4 и повышением температуры .

Таблица №9 - Зависимость степени разложения HNSO5 от концентрации

H2SO4 при 15-20 ОС

|H2SO4, % |HNSO5 , % |H2SO4, % |HNSO5 , % |

|98 |1,1 |81 |19,4 |

|95 |4,0 |80 |27,7 |

|92 |7,3 |70 |49,8 |

|90 |12,4 |57,5 |100,0 |

Как видно из зависимости, начиная с концентрации 57,5% H2SO4,

нитрозилсерная кислота совершенно отсутствует. Отработанная H2SO4,

выходящая из колонны, должна содержать минимально возможное количество

окислов азота. Это необходимо не только для исключения потерь N2O3 , но и

устранения нитрозилсерной кислоты, обладающей сильно разрушающими

свойствами.

Поэтому гидролиз HNSO5 в колонне ГБХ является важной стадией

процесса. С увеличением температуры, степень гидролиза HNSO5 увеличивается.

Образующийся при разложении азотистой кислоты монооксид азота незначительно

растворяется в разбавленной H2SO4. Гидролиз нитрозилсерной кислоты ведут с

помощью перегретого пара до 250 ОС водяного пара, который подается с таким

расчетом, чтобы разбавление кислоты конденсатом соответствовало массовой

доли H2SO4 68-70%. В отработанной H2SO4 содержится до 0,03% HNO3 и

растворенных окислов азота. Последние образуют с H2SO4 до 0,01% HNSO5.

После стадии денитрации слабая H2SO4 отправляется на стадию

концентрирования. В процессе концентрирования разбавленной H2SO4, имеющиеся

в ней примеси, в частности, продукты неполного сгорания топлива (когда

концентрирование ведется непосредственным соприкосновением упариваемой

кислоты с топочными газами), вызывает разложение H2SO4 вследствие ее

восстановления до SO4. Восстановление в основном идет за счет углерода,

содержащегося в примесях и в топливе по уравнению:

2H2SO4 + С = СО2 + 2SO2 + 2 H2O

За счет этого происходят некоторые потери кислоты при ее упаривании. В

процессе разгонки тройной смеси в колонне образуются нитрозные газы,

которые поступают на поглощение в абсорберы. Наиболее распространенный

способ поглощения нитрозных газов водой с образованием слабой HNO3. На

поглощение поступают нитрозные газы различной степени окисления. Окислы

азота, содержащиеся в нитрозных газах NO2, N2O4, N2O3 реагируют с водой, но

монооксид NO не может реагировать с водой и для перевода его в HNO3

следует предварительно окислить его до диоксида азота:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 116 кДж.

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + 59,2 кДж.

N2O3 + H2O = 2HNO3 + 55,6 кДж.

Процесс поглощения нитрозных газов водой связан с растворением в ней

диоксида азота, четырехоксида и трикосида азота с образованием HNO3 и

азотистой кислоты.

В газовой среде вследствии взаимодействия паров воды с нитрозными

газами, также получается HNO3 и азотистая кислота, но в значительном

количестве. Образовавшаяся при помощи нитрозных газов азатитсая кислота –

малоустойчивое соединение.

2HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O - 75,8 кДж

Суммарная реакция образования HNO3:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

3HNO2 = HNO3 + 2NO + 2H2O

____________________________________

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

N2O3 + H2O = 2HNO2

3HNO2 = HNO3 + H2O + 2NO

_______________________

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO

Так как в нитрозных газах содержится незначительное количество

триоксида азота, обычно технологические расчеты производят по NO2. Как

видно из формул 2/3 поглощенного диоксида азота идет на образование HNO3,

1/3 его выделяется в виде монооксида азота.

Отсюда следует, что при поглощении водой нитрозных газов невозможно

все количество NO2 превратить в HNO3, так как в каждом цикле всегда 1/3 NOх

будет выделяться в газовую фазу. Монооксид азота для дальнейшей переработки

должен быть окислен кислородом до двуокиси азота по уравнению:

2NO + O2 = 2 NO2

Получающаяся двуокись азота опять реагирует с водой, превращаясь на

2/3 в HNO3, а выделившаяся окись азота снова должна быть окислена. Таким

образом, весь процесс поглощения распадается на ряд последовательно

протекающих реакций окисления NO в NO2 и образования HNO3 из NO2.

Однако указанные поглощения не являются совершенными и нитрозные газы

перед выбросом в атмосферу следует дополнительно очистить от окислов азота.

Отсюда следует, что в последнем абсорбере орошение ведется не водой, а

концентрированной серной кислотой, которая до 0,003% поглощает окислы

азоты, выбрасываемые в атмосферу газы соответствуют санитарным нормам.

В результате поглощения получается нитрозилсерная кислота:

2 H2SO4 +N2O3 = 2 NHSO5 + H2O + 20611 кал.

H2SO4 + 2 NO2 = NHSO5 + HNO3 + 5709 кал.

2.5 Инженерные решения

В данный дипломный проект вводится ряд изменений, направленных на

улучшение технологии переработки кислот и очистки отходящих газов.

1. На фазе улова окислов азота и паров азотной кислоты

предусматривается внедрение дополнительной абсорбции отходящих газов

концентрированной H2SO4. серная кислота реагирует с окислами азота, образуя

нитрозилсерную кислоту, которая затем снова направляется в колонну ГБХ для

переработки. Отходящие газы с небольшим содержанием окислов азота,

выбрасываются в атмосферу.

2. Процесс регенерации отработанной кислоты переведен на

автоматизированное управление с применением УВМ, что значительно снижает

опасность технологического процесса и повышает качество продукции. Подача

кислот в колонну ГБХ автоматизирована. Предусмотрено автоматическое

отключение подачи компонентов в случае аварии.

2.6. Расчет материального баланса отделения концентрирования HNO3 [1]

Отделение денитрации и концентрирования азотной кислоты.

Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию:

а) от нитрации HNO3 16-26%

H2SO4 46-66%

H2O 18-28%

б) от абсорбционной установки

HNO3 50%

H2O 50%

Исходные данные для расчета

- концентрация крепкой азотной кислоты – 98%

- концентрация серной кислоты, поступающей в колонну – 91%

- концентрация отработанной кислоты, выходящей из колонны – 70%

Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей

в колонну ГБХ, учитывая, что ОК – 80%, а смесь азотной кислоты и воды –

20%.

Выбираем средний состав кислот:

HNO3 27%

H2SO4 45%

H2O 28%

Принимаем, что в отработанной кислоте 3% АК в виде окислов азота

связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции (1):

2H2SO4 + N2O3 [pic]2HNSO5 + H2O (1)

Пересчитав состав кислот, получим:

HNO3 - 25%

H2SO4 - 45%

H2O - 26,1%

N2O3 - 0,9%

HNSO5 - 3%

Всего - 100%

В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO5 в колонне

протекают следующие реакции:

- разложение HNSO5

2HNSO5 + H2O = 2H2SO4 + NO2 (2)

- разложение HNO3

2HNO3[pic]2NO2 + H2O + 1/2O2 (3)

2HNO3[pic] N2 + H2O + 2*1/2 O2 (4)

- разложение N2O3

N2O3(газ) [pic]NO (газ) + NO2 (газ) (5)

В колонну ГБХ поступает:

1. Отработанная кислота в количестве 1000 кг,

В том числе:

HNO3 - 250 кг

H2SO4 - 450 кг.

H2O - 261 кг.

N2O3 - 9 кг.

HNSO5 - 30 кг.

2. Купоросное масло 91% - х кг.

3. Перегретый пар – у кг.

4. Воздух, подсасываемый из помещения

Из колонны выходит:

1. Разбавленная 70% H2SO4=[pic]кг

2. Крепкая 98% HNO3 = [pic]=242,3 кг

3. Нитрозные газы

а) в колонне 1/2 количества (1,5%) HNO3 разлагается до NO2 по реакции (3)

242,3х0,015 = 3,64 кг.

При этом образуются газообразные вещества:

NO2=[pic]=2,65 кг

H2O =[pic]=0,52 кг

O2 = [pic]=0,46 кг.

б) по реакции (4) разлагается Ѕ количества (1,5%) HNO3 до N2:

N2=[pic]=0,81 кг.

H2O = [pic]=0,52 кг.

O2 = [pic]=2,3 кг

в) при разложении N2O3 по реакции (5):

NO2=[pic]=5,45 кг

NO = [pic]= 3,55 кг

г) при разложении HNSO5 по реакции (2):

NO2=[pic]=5,43 кг

NO = [pic]= 3,54 кг

Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав

отработанной кислотной смеси и доля ее в последней составит 450кг.

д) с нитрозными газами уносится 1% HNO3:

242,3х0,01 = 2,42 кг.

В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных

газов (без учета подсоса воздуха):

| |g, кг |u, нм3 |

| | | |

|NO2 |13,5 |6,87 |

|NO |7,09 |5,29 |

|N2 |0,81 |0,65 |

|O2 |2,76 |1,93 |

|HNO3 |2,42 |0,86 |

|Всего |26,58 |15,6 |

Подсос воздуха uпод через неплотности соединений царг колонны принимаем

равным 100% объема сухих газов

uпод = 15.6 нм3, в том числе:

N2=0,78*15,6=12,17 нм3;

O2=0,21*15,6=3,28 нм3;

или

N2=[pic]=15,21 кг;

O2=[pic]=4,68 кг;

Итого: uпод=19,89 кг.

Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t=20 ОС,

относительная влажность 80%

Количество водяных паров, поступающих в колонну с воздухом

(14,61*0,8)10-3*19,89=0,23 кг, где

d0 = 14.61 [pic] - влагосодержание

Всего воздуха: 19,89+0,23=20,12 кг.

Количество и состав сухих газов, выходящих из колонны с учетом подсоса

воздуха:

| |g, кг |u, нм3 |

| | | |

|NO2 |13,5 |6,87 |

|NO |7,09 |5,29 |

|HNO3 |2,42 |0,86 |

|N2 |16,02 |12,82 |

|O2 |7,44 |5,21 |

|Всего |46,47 |31,11 |

Количество паров воды, уходящих из колонны (за конденсатом) с

нитрозными газами при t=35 ОС

H2O = [pic], для

v= 30 нм3

p=1,8 мм. Рт. Ст – парциальное давление воды над 98% HNO3 при t=35 ОС

p=133.3*1.8=239.9 Па

H2O = [pic] кг

в объеме v=[pic] нм3

Общий состав газов, поступающих на поглощение:

| |g, кг |u, нм3 |

| | | |

|NO2 |13,5 |6,87 |

|NO |7,09 |5,29 |

|N2 |16,02 |12,82 |

|O2 |7,44 |5,21 |

|H2O |0,07 |0,057 |

|HNO3 |2,42 |0,86 |

|Всего |46,54 |31,12 |

Таблица №10 - Сводный материальный баланс отделения концентрирования

HNO3

|Приход: | |

|1. Отработанная кислота |1000 кг. |

|2. Купоросное масло |х кг. |

|3. Перегретый пар |у кг. |

|4. Воздух через неплотности |19,89 кг. |

|Итого: |1019,89+х+у |

|Расход: | |

|1. Слабая H2SO4 70% |(450+х)/0,7 кг. |

|2. Крепкая HNO3 98% |242,3 кг. |

|3. Нитрозные газы |46,54 кг. |

|Итого: |(931,70+х)/0,7 |

Приравнивая приход к расходу, получаем уравнение материального баланса

1019,89+х+у=931,7+[pic]

у=0,43х-88,19

2.7. Расчет теплового баланса [1]

Так как в уравнении материального баланса входит распад пара (у), то

будем определять его с помощью уравнения теплового расчета.

Исходные данные:

1. Температура отработанной кислоты, поступающей в колонну - 90 ОС

2. Температура H2SO4 91% - 20 ОС

3. Температура отработанной кислоты H2SO4 70% - 170 ОС

4. Температура выходящих из колонны HNO3 и нитрозных газов – 85 ОС

5. Температура HNO3 98% из конденсатора, поступающей в колонну - 40

ОС

Температура крепкой HNO3 98%, выходящей из колонны в холодильник 85 ОС

6. Температура подсасываемого воздуха 20 ОС

Приход тепла:

1) С отработанной кислотой

Q=q1*c1*t1=1000*2.22*90=119800 кДж; (47732.2 ккал)

c1=2,22[pic] - удельная теплоемкость отработанный кислоты при температуре

90 ОС

2) С перегретым паром, теплосодержание которого при t=220 ОС равно 700.8

кДж; Q2=700,8*у

3) Теплота от H2SO4 состоит из физической теплоты [pic] и теплоты

разбавления [pic]

[pic]=[pic]+[pic]

Физическая теплота определяется по формуле

[pic]=[pic]=[pic]х кДж/(8.4x ккал)

[pic]=1,759 кДж/кг град – удельная теплоемкость H2SO4 91% при t=20 ОС

Теплота разбавления H2SO4 [pic]определяется разницей теплот разбавления

до 70% и 91%.

Удельная теплота разбавления g=[pic]([pic]); n=H2O/H2SO4

В H2SO4 с массовой долей 91%, моль:

H2SO4 = х 0,91/98 = 0,0094 х

H2O = х 0,09/18 = 0,005 х

n = 0,005 х/0,0094 х =0,53

В H2SO4 70% моль:

Примем (450+х)/0,7=z

H2SO4=z 0.7/98 = 0,007 z

H2O = z 0.3/18 = 0,016 z

n = 0,016 z/0.007 z = 2.38

Удельная теплота разбавления [pic] H2SO4 с массовой долей 100% до 91%:

[pic]=[pic]=4066,1 [pic](17036,8 [pic])

Уд теплота разбавления [pic] H2SO4 с 100% до 70%

[pic] = [pic][pic]=10174[pic](42628,9 [pic])

Удельная теплота разбавления с 91% до 70%:

[pic]=42628.9-17036.8=25592.1[pic](6107.9 ккал)

[pic]=17,8*25592,1=455539,4 кДж (108720,6 ккал)

[pic]=35,18х + 455539,4 кДж (8,4*х + 108720,6 ккал)

4) С HNO3 98%, поступающей из конденсатора в колонну с t=40 ОС

[pic]=[pic] = 242,3*40*1,93=18705,56 кДж (4464,3 ккал)

5) С воздухом, подсасываемым из помещения с t=20 ОС

[pic]=[pic]=19,89*1*20=397,8 кДж (94,94 ккал)

[pic]= 1 кДж/кг град – удельная теплоемкость воздуха

Всего в колонну приход тепла, кДж

[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]=199800 + 700,8 у + 35,18х + 455539,4 +

18705,56 + 397,8 = 674442,76 + 35,18х + 700,8у

Расход тепла

1) С парами HNO3 98%, выходящих из колонны:

[pic]=[pic]=0.98*242.3*1.936*85=39075.43 кДж=9325,9 ккал

2) На испарение HNO3:

[pic]=0,98*242,3*i=0,98*242,3*483=114690,28 кДж=27372,38 ккал,

где i=483кДж/кг – теплота испарения 1 кг кислоты.

На испарение 4% H2O , содержащихся в HNO3:

[pic]=[pic]*0,98*242,3*i=[pic]*0.98*242.3*2259=22350.36 кДж, где

i=2259 кДж/кг – теплота парообразования воды

[pic]=[pic]+[pic]=114690,28+22350,36=137040,64 кДж = 32706,6 ккал

3) Теплота, уносимая с 70% H2SO4 при t=150 ОС

[pic]=([pic])*2,09*150=201535,71+447,86х кДж

[pic]=2,09 кДж/кг град – удельная теплоемкость H2SO4 70%

4) С HNO3 98%, уносимой из колонны с t=85 ОС в холодильник:

[pic]=[pic]=242,3*1,93*85=39749,32 кДж = 9486,71 ккал

5) На нагрев подсасываемого воздуха из помещения в среднем до t=90 ОС

[pic]=19.89(90-20)=1392.3 кДж

6) На закрепление содержащихся в отработанной кислоте слабой HNO3 при ее

массовой доле в смеси:

[pic]*100%=49%

Удельная теплота для HNO3:

g=n*8974/(n+1.737) ккал/моль

В кислоте с массовой долей 49%, моль:

HNO3=250*0,49/63=1,94; H2O =250*0,51/18=7,08

n=7.08/1.94=3.65

Удельная теплота разбавления для HNO3 98%:

[pic]ккал/моль=25476,86 кДж/моль

В кислоте с массовой долей HNO3 98%, моль:

HNO3=0,98/63=0,016; H2O =0,02/18=0,001

n=0.001/0.016=0.069

Удельная теплота разбавления для HNO3 98%

[pic]ккал/моль=1436,59 кДж/моль

Теплота закрепления HNO3, находящейся в отработанной кислоте с 49% до

98%: [pic]=(25476,86-1436,59)[pic]=89017,7 кДж=21245,27 ккал

7) Теплота, уносимая с нитрозными газами:

[pic]=[pic]q7*c7*t, где

c- удельные теплоемкости газов с t=85 ОС

|NO2 |13,5*0,75*85=865,92 кДж |

|NO |7,09*0,996*85=600,2 кДж |

|N2 |16,02*1,04*85=1416,17 кДж |

|O2 |7,44*0,923*85=583,71 кДж |

H2O 0,07*1,373*85 = 8,17 кДж

HNO3 2,42*1,8*85 = 370,26 кДж

Всего: 3843.73 кДж

8) В окружающую среду колонна ГБХ в течение 1 часа теряет порядка 800 ккал

(33520 кДж). При условии подачи в колонну 92 кг/мин тройной смеси и

выработки колонны 60 тиг в сутки.

Потери тепла в окружающую среду:

[pic]=[pic]=6072,46 кДж

Всего расход тепла, кДж:

[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]=39075,43+137040,64+2015

35,71+447,86х+39749,32+1392,3+89017,7+3843,73+6072,46=517727,29+447,86х

Приход приравним к расходу:

674442,76+35,18х+700,8у=517727,28+447,86х

у=0,59х-223,62

Решаем совместно уравнение материального и теплового балансов:

0,43х-88,19=0,59х-223,62

х=847

у=276,11

Таблица №11 - Материальный баланс денитрации и концентрирования HNO3

Расчет составлен на 1 тонну отработанной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |кг |% |статьи расхода |кг |% |

|Отработанная |900 |42 |Крепкая HNO3 98% |242,3 |11,3 |

|50% HNO3 |100 |4,7 |Слабая HNO3 70% |1852,86 |86,5 |

|Купоросное масло |847 |39,52 |Нитрозные газы |46,54 |2,2 |

|Перегретый пар |276,11 |12,88 | | | |

|Воздух через |19,89 |0,93 | | | |

|Всего: |2143 |100 |Всего: |2143 |100 |

Таблица №12 - Тепловой баланс концентрирования азотной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |КДж |статьи расхода |кДж |

|С отработанной |199800 |С парами HNO3 98% |39075,43 |

|С перегретым паром|193497,89 |На испарении HNO3 |137040,64 |

|Теплота от H2SO4 |485336,86 |С H2SO4 70% |581546,53 |

|91% | | | |

|С HNO3 50% |18705,56 |С HNO3 98% |39749,32 |

|С воздухом |397,8 |На нагрев воздуха |1392,3 |

| | |На закрепление |89017,7 |

| | |С нитрозными |3843,73 |

| | |В окружающую среду|6072,46 |

|Всего: |897738,11 |Всего: |897738,11 |

На 1 тонну отработанной кислоты приходится в 4.127 раза больше крепкой

98% HNO3. Пересчитаем на 1 тонну готового продукта 98% HNO3

Таблица №13 - Нормы расхода сырья для производства 1 тонны готового

продукта 98% HNO3

|Приход |Расход |

|статьи прихода |кг |% |статьи расхода |кг |% |

|Отработанная |3714,3 |41,97 |Крепкая HNO3 98% |1000 |11,3 |

|50% HNO3 |412,7 |4,73 |Слабая HNO3 70% |7654,87 |86,5 |

|Купоросное масло |3492,48 |39,52 |Нитрозные газы |194,69 |2,2 |

|Перегретый пар |1138,24 |12,88 | | | |

|Воздух через |79,54 |0,9 | | | |

|Всего: |8849,6 |100 |Всего: |8849,6 |100 |

2.8 Расчет материального баланса концентрирования H2SO4

Исходные данные:

1. Температура кислоты на входе 150 ОС

2. Температура кислоты на выходе 250 ОС

3. Температура дымовых газов на входе 900 ОС

4. Температура дымовых газов на выходе 130 ОС

1. Потери при концентрировании составляют 0,06%, из них 50% на разложение

SO2 и 50% - теряется в виде паров серной кислоты

В вихревую колонну поступает разбавленная серная кислота (с учетом потерь):

Gразб = G(1-0,0006) = 7654,87*0,9994 = 7650,28 кг.

в том числе воды:

[pic] = Gразб(1-[pic]) = 7650,28(1-0,7) = 2295,08 кг.

В колонну подается кислота ( в пересчете на моногидрат):

Gпр = G(1-0.0006)[pic] = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2. При концентрировании серная кислота разлагается по формуле:

H2SO4 = SO2 + H2O + 1/2O2

Qразл = 228900 кДж/кмоль – теплота разложения H2SO4. Потери от разложения

составляют 50% общих потерь или 0,03%:

Gпот = Gт*0,03/100 = 7650,28*0,0003 = 2,3 кг.

3. Потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами составляют

также 50% общих потерь (0,03%)

Gун = 0,0003*7650,28 = 2,3 кг.

4. Общие потери составляют:

Gпот = Gун + Gразл = 2.3*2 = 4.6 кг.

5. При разложении серной кислоты образуется:

H2SO4 = SO2 + H2O + 1/2O2

[pic] = 98; [pic] = 64

SO2 = [pic] = 1,5 кг.

O2 = [pic] = 0,38 кг.

H2O = [pic] = 0,42 кг.

6. В колонне выпариваются воды:

Gвых = Gразл[(1-Gисх/100)-( 1-Gк/100)] = 7650.28[(1-70/100)-(1-91/100)] =

1606,56 кг.

7. Выход 91% продукционной H2SO4:

Gкон= Gразл- Gразл[(1-Gисх/100)-( 1-Gк/100)] ] = 7650.28-1606.56=6043.76

кг.

8. Приход кислоты по моногидрату:

Gпр = Gисх[pic] = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2.9. Расчет теплового баланса вихревой колонны [4]

Приход тепла:

1. с разбавленной серной кислотой 70% при t = 150 ОС

Q1 = QпрHпр = 7654.87*342 = 2617934.76 кДж = 624805,43 ккал.

Hпр = 342 кДж/кг – энтальпия исходной кислоты

2. С дымовыми газами, поступившими из топки:

Q2 = [pic] = 31,37х*1,45*900 = 40937,85х кДж = 9770,37 ккал.

V2 = 31,37 м3 – объем газов

С2 = 1,450 кДж/м3 град

Общий приход тепла: Qобщ = Q1+ Q2 = 2617934,76+40937,85х кДж

Расход тепла

1. С продукционной кислотой при 250 ОС:

Q1 = Ck*Hk = 5355.2*458 = 2452681.6 кДж = 585365,54 ккал

Hк = 458 кДж/кг – энтальпия серной кислоты 91%

2. С водяным паром выделяется при выпаривании и разложении:

Q2 = Cвп*Hвп = 1606.98*2737.7 = 4399429.15 кДж = 1049983.09 ккал

Gвп = Gуп + Gразл = 1606,56 + 0,42 = 1606,98 кг.

Hвп = 2737,7 кДж/кг – энтальпия водяного пара

Gуп и Gразл – из материального баланса.

3. С дымовыми газами, уходящими с t = 30 ОС:

Q3 = [pic] = 31,37х*1,336*130 = 5448,34х кДж = 1300,32 ккал.

V2 – объем дымовых газов на м3 сжигаемого газа

С2 = удельная теплоемкость дымовых газов при t=130 ОС

С2 = 1,336 кДж/м3 град

4. На испарение серной кислоты:

Q4 = Gисп + Hисп=2,3*511,2=1175,76 кДж=280,61 ккал

Нисп=511.2 кДж/кг - удельная теплота парообразования серной кислоты

5. С парами серной кислоты:

Q5 = Gисп + H = 2,3*201,4=463,22 кДж=110,55 ккал

Н – энтальпия 100% серной кислоты при температуре отходящих газов 130 ОС.

6. На разложение серной кислоты:

Q6 = [pic] = [pic]=5372,14 кДж = 1282 ккал.

7. С продуктами разложения серной кислоты в результате разложения

серной кислоты при температуре отходящих газов 130 ОС образуются:

[pic]=1,5 кг.; =0,38 кг.; [pic]=2,3 кг

Q7 = ([pic]*[pic] + [pic]*[pic])t=(0.963 + 0.353)130 = 171.08 кДж = 40,83

ккал

8. При концентрировании серной кислоты (дегидратации) от 70% до 91%

расходуется тепла:

Q8=Gуп(Q70%- Q91%)

Q70% = 427,4 кДж/кг – теплота разбавления до 70%

Q91% = 157,3 кДж/кг – теплота разбавления до 91%

Q8 = 5355,2(427,4-157,3)=1446439,52 кДж = 345212,3 ккал

9. Потери тепла в окружающую среду примем 1% от общего количества

расхода тепла на концентрировании серной кислоты:

Q= 2452681,6 + 4399429,15 + 5448,34х + 463,22 + 1175,76 + 5372,14 + 171,08

+ 1446439,52 = 5853050,87 + 5448,34 х кДж

Qд = 58530,51 + 54,48 х к`Дж

Qрасх = 5911581,38 + 5502,82 х кДж

10. Для определения расхода топлива ^приравниваеме приход тепла к

расходу:

Qобщ = Qрасх

2617934,76+40937,85х=5911581,38+5502,88х

35435,03х=3293646,62

х=92.95

11. Определяем часовое количество и состав газов, поступающих на

установку из топки.

Таблица №14 - Количество и состав газов из топки

|газы |м3 |кг. |

|CO2 : 1,27*92,95 |118,5 |231,87 |

|N2: 24,43*92,95 |2270,77 |2838,46 |

|O2: 4,03*92,95 |374,59 |535,13 |

|H2O: 2,68*92,95 |249,11 |200,17 |

|Всего |3012,52 |3805,63 |

12. Определяем часовое количество газов, уходящих с установки:

Таблица №15 - Часовое количество газов

|газы |м3 |кг. |

|CO2 : [pic]*х=1,27*92,95 |118.05 |231.87 |

|N2: [pic]*х=24,43*92,95 |2270.77 |2838.46 |

|O2: [pic]=374,59+0,38*22,4/32 |374.86 |535.51 |

|SO2: [pic]22.4/64 |0,53 |1,5 |

|H2O: [pic]+[pic] |2249,43 |1807,58 |

|H2SO4: [pic]*22,4/98 |0,53 |2,3 |

| | | |

|Всего |5014,7 |5417,22 |

Таблица №16 - Материальный баланс концентрирования серной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |кг |% |статьи расхода |кг |% |

|Газы из топки |3805,63 |33,2 |Газы в аотмосферу |5417,22 |46,26|

|Серная кислота 70%|7654,87 |66,8 |серная кислота 91%|6043,72 |52,72|

| | | |Пары серной |2,3 |0,02 |

|Всего: |11460,5 |100 |Всего: |11460,5 |100 |

Таблица №17 - Тепловой баланс концентрирования серной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |КДж |Статьи расхода |кДж |

|С серной кислотой |2617934,76 |С серной кислотой |2452681,6 |

|70% | |91% | |

|С дымовыми газами |6423107,92 |С водяным паром |4399429,15 |

| | |С дымовыми газами |672179,0 |

| | |На испарение |1175,76 |

| | |Теплота разложения|5372,14 |

| | |С продуктами |171,08 |

| | |Теплота |1446439,52 |

| | |Потери в |63594,43 |

|Всего: |9041042,68 |Всего: |9041042,68 |

3. Технико-технологическая часть

3.1. Выбор и расчет производительности основного и вспомогательного

оборудования технологической схемы

Исходя из заданной производительности проектируемого производства по

готовой продукции (98% HNO3) определяем суточную и часовую

производительность основного аппарата цеха-колонны ГБХ.

Псут=[pic], где

Пгод-10000 т/год

n – время на ремонт и простои оборудования

Псут=[pic]=29,85 т/сут

Пчас=[pic]=1,24 т/час

При отгонке концентрированной HNO3 определенного состава расход

безводной H2SO4 зависит от массовой доли H2SO4 в разбавленной HNO3, при

этом расход H2SO4 будет тем больше, чем сильнее разбавлена HNO3. Для одной

и той же исходной разбавленнной HNO3 удельный расход H2SO4 обратно

пропорционален ее степени концентрации. В соответствии с расчетом по

треугольным диаграммам (услович – Температура кипения смеси на палках) при

массовой доле HNO3 48-50% и технической H2SO4 91-92% соотношение HNO3:H2SO4

Страницы: 1, 2, 3, 4