Рис. 5.1. Технологическая схема производства азотной кислоты под атмосферным давлением:
1 – пенный промыватель; 2, 3 – картонные фильтры; 4 – аммиачно-воздушный вентилятор; 5 – контактный аппарат; 6 – котел-утилизатор; 7 – кожухотрубный холодильник; 8 – газодувка; 9 – абсорбционные башни; 10 – циркуляционные насосы; 11 – водяной холодильник; 12 – окислительная башня; 13 – санитарная башня.
6. Расчет материального баланса процесса абсорбции нитрозных газов
Данные для расчета
1. Производительность установки – 120 тыс.т/год (на 100 % HNO3).
2. Число рабочих дней в году – 350.
3. Концентрация получаемой кислоты – 50 %(масс.).
4. Общая степень абсорбции NO2 – 92 %.
5. Состав поступающих на абсорбцию газов и концентрация кислоты, подаваемой на орошение абсорбера:
Таблица 6.1
|
Состав нитрозных газов, %(об.) |
Концентрация кислоты орошающей абсорбер, %(масс.) |
||||
|
NO |
NO2 |
O2 |
H2O |
N2 |
|
|
0,95 |
8,98 |
5,86 |
2,61 |
81,6 |
47,5 |
6. База расчета – суточная производительность установки. Окисление NO в NO2 в абсорбционной башне можно не учитывать.
Расчет суточной производительности установки
Состав газа в %(масс.):
Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность ri каждого компонента:
Масса любого газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е. , где - плотность газа при нормальных условиях.
;
Расчет массы двуокиси азота
Абсорбция двуокиси азота происходит по уравнению:
Концентрация кислоты орошающей абсорбер – 47,5 %(масс.)
Содержание воды и кислоты
- масса кислоты (в пересчете на 100 %-ю) поступающей в абсорбер;
- масса воды в 47,5 %-ой кислоте.
Рассчитаем количество реагентов для получения 1 кг кислоты (в пересчете на 100 %-ю)
На образование 2-х моль 100% кислоты требуется 3 моль NO2.
Масса поглощенной воды на образование 1 кг кислоты (в пересчете на 100 %-ю).
На образование 2-х моль кислоты поглощается 1 моль воды
Масса водяных паров, вносимых в абсорбер с нитрозными газами на образование 1 кг кислоты (в пересчете на 100 %-ю).
;
с учетом степени абсорбции NO2 92 % - .
Для получения 50 %-ой кислоты на 1 кг кислоты требуется 1 кг воды. На разбавление полученной кислоты может использоваться 0,05 кг воды из поступающей на орошение 47,5 %-ой кислоты. Отсюда, количество кислоты подаваемой на орошение составит
0,864/0,05=17,28 кг.
Образуется оксида азота 1 моль
Тогда на образование 1 кг азотной кислоты (в пересчете на 100 %-ю) из диоксида азота потребуется:
Нитрозные газы (учетом степени абсорбции):
NO2 – 1,095 кг;
Н2О – 0,136 кг;
Кислота на орошение 17,28 кг.
Образуется оксида азота – 0,238 кг.
Всего получаем кислоты (в пересчете на 100 %-ю):
17,28·0,475+1=9,208 кг или 2·9,208=18,416 кг 50 %-ой кислоты.
17,28 кг кислоты абсорбирует 1,095 кг NO2, тогда 1 кг кислоты абсорбирует Х кг NO2:
.
Поступает с учетом степени абсорбции 92 % -
Образуется оксида азота:
.
Поглощается воды:
.
Из 0,136 кг воды, содержащейся в нитрозных газах
.
Образуется 100% кислоты при абсорбции 1 кг 47,5 %-ой кислоты:
0,063+0,008 - 0,014 = 0,057 кг
0,057+0,475 = 0,532 кг.
Материальный баланс абсорбера
Таблица 6.2.
|
№ п/п |
Приход |
кг |
т/сут |
№ п/п |
Расход |
кг |
т/сут |
|
1 |
Азотная кислота 47,5% |
1 |
644,46 |
1 |
Азотная кислота 50 % |
1,064 |
685,71 |
|
|
в том числе: |
|
|
|
в том числе: |
|
|
|
|
HNO3 |
0,475 |
306,12 |
|
HNO3 |
0,532 |
342,86 |
|
|
H2O |
0,525 |
338,34 |
|
H2O |
0,532 |
342,86 |
|
2 |
Нитрозные газы |
0,495 |
297,12 |
|
|
|
|
|
|
в том числе: |
|
|
2 |
NO |
0,019 |
12,49 |
|
|
NO2 |
0,069 |
45,85 |
3 |
N2 |
0,382 |
224,60 |
|
|
H2O |
0,008 |
5,05 |
4 |
O2 |
0,031 |
18,43 |
|
|
NO |
0,005 |
3,19 |
5 |
NO2 |
0,006 |
3,99 |
|
|
N2 |
0,382 |
224,60 |
|
|
|
|
|
|
O2 |
0,031 |
18,43 |
|
|
|
|
|
|
ИТОГО: |
1,495 |
941,58 |
|
ИТОГО: |
1,502 |
945,21 |
Расхождение баланса составляет:
, что вполне допустимо.
ЛИТЕРАТУРА
1. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.
2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.
3. Основы химической технологии: Учебник для студентов вузов / Под ред. Мухленова И.П. – М.: «Высшая школа», 1983. – 335 с.
4. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. – М.: Гуманит. изд. центр БЛАДОС, 2000. – Т.1: Химическое производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химической технологии. Производство неорганических веществ. – 368 с.
