Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Матеріальний розрахунок контактного відділення цеху виробництва нітратної кислоти під тиском 0,716 МПа

Матеріальний розрахунок контактного відділення цеху виробництва нітратної кислоти під тиском 0,716 МПа

Матеріальний розрахунок контактного апарату для виробництва нітратної кислоти. Матеріальний розрахунок котла-утилізатора, окислювача нітрозних газів, холодильника-конденсатора. Кількість додаткового повітря. Окислення нітрозного газу у трубопроводі.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 14.12.2013
Размер файла 81,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Матеріальний розрахунок контактного відділення цеху виробництва нітратної кислоти під тиском 0,716 МПа

Матеріальний розрахунок контактного апарату

Визначаємо годинну продуктивність агрегату

121740/7944 = 15,32 т/год або 15320 кг/год

Витрати амоніаку на задану продуктивність визначаємо, виходячи із загального рівняння реакції одержання нітратної кислоти:

NH3 + 2O2 = НNO3 + Н2O

17 63

Теоретичні витрати амоніаку складають:

15320•17/63 = 4134 кг/год

де 17 - молярна маса амоніаку, кг/кмоль,

63 - молярна маса нітратної кислоти, кг/кмоль.

Витрати амоніаку з урахуванням ступеню окислення 0,96 та ступеню абсорбції 0,99 будуть складати:

4134/ (0,96•0,99) = 4350 кг/год

Крім того, біля 1 % амоніаку, тобто 4350•0,01 = 44 кг/год, який перетворюється в кислоту, губиться після абсорбційної колони. Таким чином, фактичні витрати амоніаку складають:

4350 + 44 = 4394 кг/год

або 4394•22,4/17 = 5790 м3/год

де 22,4 - об'єм 1 кмоля газу в нормальних умовах, м.

Вміст амоніаку в аміачно-повітряній суміші складає 10 %. Отже, загальний об'єм суміші

5790/10•100 = 57900 м3/год

Кількість повітря в ній: 57900 - 5790 = 52110 м3 /год Вміст водяної пари в повітрі визначаємо для заданої температури 27°С та залишкового тиску повітря на вході в контактний апарат:

101000-3000 = 98000 Па

Пружність водяної пари при 30°С - 4200 Па (0,042•105), при 20°С-2300 Па [5, с.513].

Для температури 27°С перепад складе 27 - 20 = 7°С, що відповідає перепаду тиску:

1900•7/10= 1330 Па

Таким чином, пружність водяних парів при 27°С та парціальний тиск водяної пари в повітрі складе: 2300 + 1330= 3630 Па

Склад водяних парів в повітрі:

100•3630/98000 = 3,7 % (об.)

де 98000 - загальний тиск повітря, Па

Кількість водяної пари при загальному об'ємі повітря 52110 м3 /год складе:

52110•3,7/100 = 1928 м3/год

або 1928•18/22,4 = 1549 кг/год

де 18 - молярна маса води, кг/кмоль

Об'єм сухого повітря 52110 - 1928 = 50182 м3/год.

Виходячи з об'ємного складу повітря (21 % О2 та 79% N2). Кількість кисню в ньому:

50182•21/100 = 10538 м3/год

або 10538•32/22,4 = 15054 кг/год

Кількість азоту:

50182•79/100 = 39644 м3/год

або 39644•28/22,4 = 49555 кг/год

де 32 та 28 - молярні маси кисню та азоту, відповідно, кг/кмоль.

Таблиця 3.1 - Склад аміачно-повітряної суміші на вході в контактний апарат

Компонент

% об'ємні

м3/год

кг/год

Амоніак

10,00

5790

4394

Повітря:

Кисень

Азот

Водяна пара

18, 20

68,47

3,33

10538

39644

1928

15054

49555

1549

Разом повітря

90,00

52110

66158

Всього

100,00

57900

70550

Основні реакції, які протікають в контактному апараті:

4NН3 + 5O2 = 4NO + 6Н2O (3.1) 4NН3 + 3 O2 = 2N2 + 6Н2O (3.2)

За реакцією (3.1) окислюється 96 % амоніаку або

5790•0,96 = 5558 м3/год

aбо 4394•0,96 = 4218 кг/год

За реакцією (3.2) окислюється 100 - 96 = 4 % амоніаку

або 5790•0,04 = 232 м3/год

або 4394•0,04 = 176 кг/год

За реакцією 4NН3 + 5O2 = 4NO + 6Н2O на кожні 4 моля реагуючого амоніаку утворюється 4 моля оксиду нітрогену (II), тобто кількість NО відповідає кількості NН3, витрачається 5 молей O2, тобто кількість кисню, що витрачається, складає 5/4 кількості реагуючого NН3, утворюється 6 молей води, тобто кількість води, що утворюється, складає 6/4 від кількості реагуючого амоніаку, тому утворюється

NO: 5558 м3/год або 5558•30/22,4 = 7444 кг/год,

де 30 - молярна маса NO, кг/кмоль.

Витрачається О2: 5/4 •5558 = 6948 м3/год

або 6948•32/22,4 = 9926 кг/год

Утворюється Н2O: 6/4•5558 = 8337 м3/год

або 8337 • 18/22,4 = 6699 кг/год

За реакцією 4NН3 + 3 O2 = 2N2 + 6Н2O на кожні 4 моля реагуючого амоніаку витрачається 3 моля кисню, тобто кількість кисню, що витрачається, складає 3/4 кількості амоніаку, що окисляється, утворюється 2 моля азоту, тобто кількість азоту, що утворюється, складає 2/4 кількості реагуючого амоніаку, утворюється 6 молей води, тобто кількість води, що утворилася, складає 6/4 реагуючого амоніаку, тому витрачається:

O2: 3/4•232 - 174 м3/год

або 174•2/22,4 = 249 кг/год

Утворюється N2: 2/4•232= 116 м3/год

або 116•8/22,4 = 145 кг/год

Утворюється Н2O: 6/4•232 = 348 м3/год

або 348• 18/22,4 = 280 кг/год

Разом по обох реакціях витрачається кисню:

6948+174 = 7122 м3/год або 9926+249 = 10175 кг/год

Залишається кисню в суміші:

10538-7122 = 3416 м3/год або 15054-10175 = 4879 кг/год

Утворюється води:

8337+348 = 8685 м3/год або 6699+280 = 6979 кг/год

Разом водяних парів в нітрозних газах:

1928+8685 = 10613 м3/год або 1549+6979 = 8528 кг/год

Азоту в нітрозних газах:

39644+116 = 39760 м3/год

або 49555+145 = 49700 кг/год

Таблиця 3.2 - Склад нітрозних газів на виході з контактного апарату

Компонент

% об'ємні

м3/год

кг/год

Оксид нітрогену (II)

9,37

5558

7444

Кисень

5,76

3416

4879

Азот

67,00

39760

49700

Пари води

17,87

10613

8528

Всього

100,00

59347

70550

Таблиця 3.3 - Матеріальний баланс контактного апарату

Вихідна сировина

Отримані продукти

Компонент

На вході

Компонент

На виході

м3/год

м3/с

кг/год

кг/с

м3/год

м3/с

кг/год

кг/с

Амоніак

5790

1,61

4394

1,22

Оксид нітрогену

(II)

5558

1,54

7444

2,07

Повітря:

Кисень

10538

2,93

15054

4,18

Кисень

3416

0,95

4879

1,36

Азот

39644

11,01

49555

13,77

Азот

39760

11,04

49700

13,81

Пари води

1928

0,54

1549

0,43

Пари води

10613

2,95

8528

2,37

Разом повітря

52110

14,48

66158

18,38

Всього

57900

16,09

70550

19,60

Всього

59347

16,48

70550

19,60

Матеріальний розрахунок котла-утилізатора

За даними Дніпродзержинського КП „Екоантилід" ступінь окислення оксиду нітрогену (II) в оксид нітрогену (IV) в котлі-утилізаторі складає 0,4.

В об'ємі котла-утилізатора відбувається реакція:

NО + 0,5О2 = NО2

Відповідно до заданого ступеня окислення реагує NО:

5558•0,4 = 2223 м3/год

або 7444•0,4 = 2978 кг/год

Залишається оксиду нітрогену (II) в нітрозних газах:

5558-2223 =3335 м3/год

або 7444-2978 = 4466 кг/год

Відповідно приведеному рівнянню реакції, кількість оксиду нітрогену (IV), що утвориться, відповідає кількості реагуючого оксиду нітрогену (II) в м3/год, тому утворюється NО2

2223 м3/год

або 2223•46/22,4 = 4565 кг/год

де 46 - молярна маса NО2 - кг/кмоль

Відповідно приведеному рівнянню реакції, кількість кисню, що витрачається, складає половину оксиду нітрогену (II), що окисляється (в м3/год), тому витрачається кисню:

2223•0,5 = 1112 м3/год або 1112•32/22,4 = 1589 кг/год

Залишається кисню в нітрозних газах:

3416-1112 = 2304 м3/год або 3290 кг/год

Кількість водяної пари та азоту залишаються без змін.

Таблиця 3.4 - Матеріальний баланс окислення N0 в об'ємі котла - утилізатора

Вихідна сировина

Одержувані продукти

Компонент

На вході

Компонент

На виході

м /год

м3/с

кг/год

кг/с

м3/год

м3/с

кг/год

кг/с

Оксид нітрогену

(II)

5558

1,54

7444

2,07

Оксид

нітрогену

(IV)

2223

0,62

4565

1,27

Кисень

3416

0,95

4879

1,36

Кисень

2304

0,64

3290

0,91

Азот

39760

11,04

49700

13,81

Оксид нітрогену

(II)

3335

0,93

4466

1,24

Пари води

10613

2,95

8528

2,37

Азот

39760

11,04

49700

13,81

Пари води

10613

2,95

8528

2,37

Всього

59347

16,48

70550

19,60

Всього

58235

16,18

70550

19,60

Матеріальний розрахунок окислювача нітрозних газів

Визначаємо склад газу в % об'ємних:

NO2: 100•0,62/16,18 = 3,83

NO: 100•0,93/16,18 = 5,75

O2: 100•0,64/16,18 = 3,96

Н2O: 100•2,95/16,18= 18,23

N2: 100•11,04/16,18 = 68,23

Разом: 100,00

Середній тиск газу в окислювачі знаходиться в межах (6,8: 7) • 105 Па. Приймаємо до розрахунків 6,9•105 Па. Зміна температури газу на виході складе 230+70 = 300°С і середня температура в окислювачі (230+300) /2 = 265°С

По рівнянню стану Д.І. Менделєєва

Р0U0/Т0 = РU/Т

Фактичний об'єм газу складає:

Vср = 16,18• (273+265) • 101235/ (273•6,9• 105) = 4,7 м3/с,

де 101325 - нормальний тиск, Па

273 - нормальна температура, К

Стандартний окислювач має діаметр 3,2 м та висоту 8 м

Його об'єм складає:

V= р D2/4•H = 0,785•3,22 •8 = 64,3м3

Час перебування газів в окислювачі:

ф = V/Vср = 64,3/4,7 = 13,68 с

Для визначення ступеню окислення оксиду нітрогену (ІІ) в окиснювачі використовуємо номограму В.А. Коржавіна [2, с.94].

Половину концентрації оксиду нітрогену (ІІ), тобто 0,5•5,75 = 2,875%позначимо "а", концентрацію кисню 3,96% позначимо "в". Тоді відношення а/в = c = 3,96/2,875 = 1,38

Для визначення добутку К % а2р2ф2 знаходимо константу К% для температури 2650С по [2, с.92].

Для температури 2400С К% - 0,000683

Для температури 3000С К% - 0,000513

Перепаду в 600С (300-240) відповідає перепад значень К% 0,000683 - 0,000513 = 0,00017 од.

Для температури 2650С перепаду температури складе 350С (300-265)

600С - 0,00017

350С - Х

Х = 0,00017•35/60 = 0,000099

Тоді для 2650С К% = 0,000513 + 0,000099 = 0,000612

Добуток К % а2р2ф2 складає:

0,000612•2,8752•6,92•13,68= 3,3

(Величина тиску підставлена в розрахункову формулу в барах.1 бар = 105 Па).

По номограмі [2, с.94] для c = К % а2р2ф2 = 3,3

Знаходимо Q = 0,72.

Розрахунки зміни складу газу в окиснювачі виконуємо по рівнянню

NО + 0,5О2 = NО2

По знайденому ступеню окиснені 0,72 оксиду нітрогену (ІІ) окиснюється:

3335•0,72 = 2401м3/год або 4466••3216 кг/год

утворюється оксиду нітрогену (IV):

2401 м3/год або 2401•= 4931 кг/год

Витрачається кисню:

0,5•2401 = 1201м3/год або 1201•32/22,4 = 1716 кг/год

В нітрозних газах на виході з окиснювача буде:

Оксиду нітрогену (IV):

2223+2401 = 4624 м3/год або 4565+4931 = 9496 кг/год

Оксиду нітрогену (II):

3335-2401 = 934 м3/год або 4466-3216 = 1250 кг/год

Кисню:

2304-1201 = 1103 м3/год або 3290-1716 = 1574 кг/год

Таблиця 3.5 - Матеріальний баланс окислювача

Вихідна сировина

Одержувані продукти

Компонент

На вході

Компонент

На виході

м3/год

м3/с

кг/год

кг/с

м3/год

м3/с

кг/год

кг/с

Оксид

нітрогену (IV)

2223

0,62

4565

1,27

Оксид

нітрогену (IV)

4624

1,28

9496

2,64

Оксид

нітрогену (II)

3335

0,64

4466

0,91

Оксид

нітрогену

(II)

934

0,26

1250

0,35

Кисень

2304

0,93

3290

1,24

Кисень

1103

0,31

1574

0,43

Азот

39760

11,04

49700

13,81

Азот

39760

11,04

49700

13,81

Пари води

10613

2,95

8528

2,37

Пари води

10613

2,95

8528

2,37

Всього

58235

16,18

70550

19,60

Всього

57034

15,84

70550

19,60

Матеріальний розрахунок холодильника-конденсатора

Парціальний тиск водяної пари на вході в холодильник-конденсатор.

10613/57034•0,68 = 0,125 МПа

Такому тиску відповідає температура конденсації 105°С [4, с.226]. Матеріальний розрахунок холодильника ведуть по трьох зонах:

1 зона охолодження до 105°С

2 зона охолодження до t ср = (105+45) /2 = 75°С

3 зона конденсації та охолодження до 45°С.

По практичним даним ступінь окислення оксиду нітрогену (II) в 1-й зоні 0,07 - 0,10.

Приймаємо ступінь окислення 0,08, тоді реагує NО:

934•0,08 = 75 м3/год або 1250•0,08 = 100 кг/год

Витрачається кисню: 75•0,5 = 38 м3 /год або 38•32/22,4 = 54 кг/год Утворюється NО2 75 м3/год або 75•46/22,4 = 154 кг/год

Залишається:

NО 934 - 75 = 859 м3/год або 1250-100 = 1150 кг/год

О2 1103 - 38 = 1065 м3/год або 1574 - 54 = 1520 кг/год

NО2 4624 + 75 = 4699 м3/год або 9496+154 = 9650 кг/год

Таблиця 3.7 - Склад нітрозних газів після окислення у другій зоні

Компонент

м3/год

% об'ємні

кг/год

Оксид нітрогену (IV)

4699

8,24

9650

Оксид нітрогену (II)

859

1,51

1150

Кисень

1065

1,87

1520

Азот

39760

69,76

49700

Пари води

10613

18,62

8528

Всього

56996

100,00

70548

Середня температура газу в другій зоні: (105 + 75) /2 = 900С

Об'єм газу в робочих умовах (Р = 0,66Мпа, t = 900С) знаходять за рівнянням Д.І. Менделєєва.

V=56996• (273+90) •101325/ (3600•273•0.66•106) = 3.23м3/год

Об'єм, який окислюється приймаємо 7,2м3.

Час перебування газів окиснювальному об'ємі становить

7,2/3,23 = 2,23 с

Для визначення ступеню окиснення оксиду нітрогену (ІІ) в оксид нітрогену (IV) використовуємо номограму В.А. Коржавіна [2, с.94].

Половину концентрації оксиду нітрогену (ІІ), тобто 0,5•1,51 = 0,76% позначимо "а", концентрацію кисню 1,87% позначимо "в". Тоді відношення

а/в = c = 1,87/0,76 = 2,461

Для визначення добутку К % а2р2ф2 знаходимо константу К% для температури 2650С по [2, с.92].

К% = (0,00292-0,00195) / (100-60) • (100-90) = 0,00024

К% = 0,00195+0,00024 =0,00219

Добуток К % а2р2ф2 складає

0,00219•0,762• 6,62•1,23 = 0,123

знаходимо Q= 0,22.

Окиснюється оксиду нітрогену (ІІ)

859•0,22 = 189 м3/год або 253 кг/год

Витрачається кисню

0,5•189 = 95 м3/год або 135кг/год

Утворюється оксиду нітрогену (IV):

189м3/год або 389 кг/год

Залишається в нітрозному газі:

NО 859-189 = 670 м3/год або 1150-253 = 897 кг/год

О2 1065-95 = 970 м3/год або 1520-135 = 1385 кг/год

NО2 4699+189 = 4888 м3/год або 9650+389 = 10039 кг/год

Таблиця 3.7 - Склад нітрозних газів після окислення у другій зоні

Компонент

м3/год

% об'ємні

кг/год

Оксид нітрогену (IV)

4888

8,59

10039

Оксид нітрогену (II)

670

1,18

897

Кисень

970

1,70

1385

Азот

39760

69,88

49700

Пари води

10613

18,65

8528

Всього

56901

100,00

70550

Приймаємо концентрацію нітратної кислоти, що утворилася, 48 % (мас.). Парціальний тиск водяних парів над 48 % НNOз при 75°С (на виході з другої зони) знаходимо [2, с.461].

Над 45 % кислотою він дорівнює 158мм. рт. ст.

Над 50 % кислотою він дорівнює 138 мм. рт. ст.

Над 48 % кислотою: 138+ (158-138) / (50-45) •50-48| = 146 мм. рт. ст.

або 146•133,3 =. 19462 Па.

Ступінь конденсації водяної пари у другій зоні біля 90 %, в цих умовах при концентрації нітратної кислоти, що утворилася, 48 % (мас.), ступінь поглинання оксидів нітрогену з урахуванням тиску у системі складе приблизно 38% по [2, с.161].

Поглинеться оксидів нітрогену: (4888+670) •0,38 = 2112м3/год.

Об'єм сухого газу на виході з другої зони:

56901-10613-2112 = 44176 м3/год

Уходить з нітрозними газами водяних парів:

44176•19462/ (660000-19462) = 1342 м3/год

або 1078 кг/год,

де 660000 - середній тиск нітрозного газу, Па (1 МПа = 106Па)

Ступінь конденсації водяної пари:

(10613-1342) /10613*100 = 87,4 %

Конденсується води:

10613-1342 = 9271 м3/год або 8528-1078= 7450 кг/год

Кількість моногідрату, який утворився, знаходять по рівнянню:

Х/7+ (100,0-48,0) /48,0•Х = 7450,

Де X - кількість моногідрату, кг/год,

7 - співвідношення молярних мас.

По рівнянню реакції:

3NO2 + Н2O= 2HNO3 + NO

(2•63): 17 = 7

Х/7 - витрати води на утворення моногідрату, кг/год

(100,0-48,0) /48,0• X - витрати води на розведення моногідрату, що утворився, до прийнятої концентрації, кг/год.

Х/7 + 52•Х/48 = 7450

48Х + 52•7Х = 7450•7•48

412Х = 2503200

X = 6076 кг/год

Витрати води на утворення моногідрату: 6076: 7 = 868 кг/год

Витрати води на розведення моногідрату: 7450-868 = 6582 кг/год.

Склад конденсату: НNOз - 6076 кг/год

Н2O - 6582 кг/год

Разом - 12658 кг/год

Концентрація кислоти, що утворилася: 6076/12658•100 = 48 %, що співпадає з прийнятою концентрацією.

Витрати оксиду нітрогену (IV) на утворення моногідрату по рівнянню реакції:

3NO2 + Н2O= 2HNO3 + NO

6076/ (63•2) •22,4•3 = 3241 м3/год

або 6656 кг/год

При цьому регенерується оксиду нітрогену (II):

3241: 3 = 1080 м3/год або 1446 кг/год

Залишається в газовій суміші: Оксиду нітрогену (IV):

4388-3241 = 1647 м3/год

або 10038-6656 = 3382 кг/год

Оксиду нітрогену (II):

670+1080 = 1750 м3/год

або 897+1446 = 2343 кг/год

Ступінь перетворення оксидів нітрогену в кислоту:

( (4888+670) - (1647+1750)) / (4888+670) • 100 = 38,9 %, що практично співпадає з прийнятою.

Таблиця 3.8 Склад нітрозних газів на виході з другої зони

Компонент

м3/год

% об'ємні

кг/год

Оксид нітрогену (IV)

1647

3,62

3382

Оксид нітрогену (II)

1750

3,85

2343

Кисень

970

2,13

1384

Азот

39760

87,44

49700

Пари води

1342

2,95

1078

Всього

45469

100,00

57887

Об'єм сухого нітрозного газу: 45469-1342 = 44127 м /год

Водяних парів у ньому при парціальному тиску 19462 Па:

44127•19462/ (660000-19462) =1341 м3/год або 1078 кг/год

Необхідності в подальшому уточненні розрахунків немає (різниця з раніш визначеним в 1078-1078 = 0 кг/год)

Середня температура газу в третій зоні:

(75+45) /2 = 60°С

Об'єм газу в робочих умовах (Р = 0,65 МПа, 1:° = 60°С)

V = 45469* (273+60) •101235/ (3600•273•0,65•106) = 2,4 м3/с

Окислювальний об'єм приймають 4,5 м.

Час перебування газів в окислювальному об'ємі:

4,5: 2,2,4 = 1,88 с

а = 0,5•3,85 = 1,93;

в = 2,13

c = в/а = 2,13/1,93 = 1,1

При температурі 60°С К % = 0,00292

Добуток К % а2р2ф складе:

0,00292•1,932•6,52•1,88 = 0,905

По номограмі [2, с.94] для c = 1,1К % а2р2ф = 0,905 знаходимо ?= 0,42

Окислюється оксиду нітрогену (II):

1750•0,42 = 735 м3/год або 984 кг/год

Витрачається кисню:

0,5•735 = 368 м3/год або 526 кг/год

Утворюється оксиду нітрогену (IV):

735 м3/год або 1509 кг/год

Залишається в нітрозному газі:

NО1750-735 = 1015 м3/год або 2343-984 = 1359 кг/год

О2970-368 = 602 м3/год або 1384-526 = 858 кг/год

NO21647+735 = 2382 м3/год або 3382+1509 = 4891 кг/год

Таблиця 3.9 -

Склад нітрозних газів після окислення в третій зоні

Компонент

м3/год

% об'ємні

кг/год

Оксид нітрогену (IV)

2382

5,28

4891

Оксид нітрогену (II)

1015

2,25

1359

Кисень

602

1,33

858

Азот

39760

88,16

49700

Пари води

1342

2,98

1078

Всього

45101

100,00

57887

Парціальний тиск водяної пари над 48 % НЖ) 3 при 45°С (на виході з холодильника) знаходимо по [2, с.461].

Над 45 % кислотою він складе 38 мм рт. ст.

Над 50 % кислотою він складе 32,5 мм. рт. ст.

Над 48 % кислотою: 32,5+ (38,0-32,5) / (50-45) • (50-48) = 34,7 мм. рт ст.

або 34,7•133,3 = 4626 Па

Ступінь конденсації водяних парів в третій зоні біля 80 %, ступінь поглинання оксидів нітрогену по [2, с.161] приймають 7 %.

Поглинеться оксидів нітрогену:

(2382+1015) •0,07 = 238 м3/год

Об'єм сухого газу на виході з третьої зони:

45101-1342-238 = 43521 м3/год

Уходить з нітрозним газом водяних парів:

43521•4626/ (650000-4626) = 312 м3/год

або 251 кг/год,

де 650000 - тиск нітрозного газу на виході з холодильника, Па.

Ступінь конденсації водяних парів:

(1342-312) /1342 = 76,7 %

Конденсується води: 1078-251 = 827 кг/год

Визначаємо кількість моногідрату, що утворюється:

Х/7+52/48 • X = 827, 48Х + 52•7Х = 827•7•48

X = 674 кг/год

Витрати води на утворення моногідрату:

674: 7 = 96 кг/год

Витрати води на розведення моногідрату:

827-96 = 731 кг/год

Склад конденсату:

HNО3 - 674 кг/год

Н2О - 731 кг/год

Разом: 1405 кг/год

Концентрація кислоті, що утворилася:

674/1405•100 = 48 %,

що співпадає з прийнятою.

Витрати оксиду нітрогену (IV) на утворення моногідрату за рівнянням реакції

3NО2 + Н2О= 2HNО3 + NO

674/ (63•2) •22,4•3 = 359 м3/год або 737 кг/год

При цьому регенерується оксиду нітрогену (II):

359: 3 = 120 м3/год або 161 кг/год

Залишається в газовій суміші:

Оксиду нітрогену (IV):

2382-359 = 2023 м3/год або 4891-737 = 4154 кг/год

Оксиду нітрогену (II):

1015+120= 1135 м3/год або 1359+161 = 1520 кг/год

Ступінь перетворення оксидів нітрогену в кислоту:

( (2382+1015) - (2023+1135)) / (2382+1015) •100 = 7,0 %,

що співпадає з прийнятою.

Таблиця 3.10 - Склад нітрозних газів з холодильника-конденсатора

Компонент

м3/год

% об'ємні

кг/год

Оксид нітрогену (IV)

2023

4,62

4154

Оксид нітрогену (II)

1135

2,59

1520

Кисень

602

1,37

858

Азот

39760

90,71

49700

Пари води

312

0,71

251

Всього

43832

100,00

56485

Таблиця 3.11 - Зведений матеріальний баланс холодильника - конденсатора

Компонент

На вході

На виході

м3/год

%

кг/год

м3/год

%

кг/год

Нітроз - ний газ

NО2

4624

8,11

9496

2023

4,62

4154

NО

934

1,64

1250

1135

2,59

1520

О2

1103

1,93

1574

602

1,37

858

N2

39760

69,71

49700'

39760

90,71

49700

Н2О

10613

18,61

8528

312

0,71

251

Разом

57034

100,00

70550

43832

100,00

56485

Нітратна кислота

НNO3

-

-

-

-

6750

H2O

-

7313

Разом

14063

Всього

57034

100,00

70550

-

--

70550

Розрахунок кількості додаткового повітря

Загальне рівняння реакції окислення оксиду нітрогену (II):

2NO + 1,5O2 + Н2O = 2НNOз

При прийнятій ступені абсорбції 0,99 та кількості NO на виході з контактного апарату 5558 м3/год

Загальні витрати кисню на окислення NО складають

5558•0,99•1,5•0,5 = 4127 м3/год

В нітрозних газах після контактного апарату 3416 м3/год кисню, отже, додатково треба ввести:

4127-3416 = 711 м3/год

З даним об'ємом кисню увійде азоту:

711•0,79/0,21 = 2675 м3/год,

де

0,79 та 0,21 - об'ємні частки азоту та кисню в сухому повітрі.

З киснем, необхідним для забезпечення 3,5 % надлишку кисню у вихлопних газах, вводиться азоту:

3,5•0,79/0,21 = 13,17%

Втрати оксидів нітрогену в процесі абсорбції:

5558• (1,00-0,99) = 56 м3/год

Тиск водяних парів при температурі 35°С - 5730 Па [4, с.226]. Об'ємна частка водяних парів у вихлопних газах:

5 73 0/ (0,6•106) •100 = 0,95 5 %

Загальний об'єм вихлопних газів (Vх) дорівнює об'єму азоту в нітрозних газах 39760 м3 /год, азоту у складі додаткового повітря 2675 м3/год, оксидів нітрогену 56 м3 /год, вологи, кисню та азоту, необхідних для забезпечення 3,5 % надлишку кисню.

Vх = 39760+2675+56+0,00955Vх+0,035Vх+0,1317Vх

Vх = 42491+0,17625Vх

0,82375Vх = 42491

Vх = 51582 м3/год

У їхньому складі:

Вологи 0,00955•51582 = 493 м3/год

азоту (0,1317•51582) +39760+2675 = 49228 м3/год

кисню 0,035•51582=1805 м3/год

Витрати сухого додаткового повітря:

Кисень 711+1805 = 2516 м3/год

Азот 2675+6793 = 9468 м3/год

Разом 11984 м3/год

З урахуванням 3,7 % вологи в повітрі витрати додаткового повітря складуть:

11984• 100,00/ (100,00-3,7) = 12444 м3/год

Вологи у ньому 12444-11984= 460 м3/год

За даними КП „Екоантилід", у продувну колону для відбілювання продукційної кислоти від оксидів нітрогену подають 100 м3 повітря на тону кислоти або 100•15,32 = 1532 м /год.

У їхньому складі:

вологи 1532•0,0333/0,90 = 57 м3/год або 46 кг/год

азоту 1532•0,6847/0,90 = 1166 м3/год або 1458 кг/год

кисню 1532•0,182/0,90 = 310 м3/год або 443 кг/год

Разом: 1533 м3/год або 1947 кг/год

Тоді склад додаткового повітря, що подається у трубопровід, на вході в абсорбційну колону:

Волога 460-57 = 403 м /год або 324 кг/год

Азот 9468-1166 = 8302 м3/год або 10378 кг/год

Кисень 2516-310 = 2206 м3/год або 3151 кг/год

Разом: 10911 м3/год або 13853 кг/год

Розрахунок окислення нітрозного газу у трубопроводі від холодильників-конденсаторів до абсорбційної колони

Ступінь окислення оксиду нітрогену (II) приймають за даними КП „Екоантилід" 0,4 - 0,5.

При ступені окислювання 0,45 реагує NO:

1135•0,45 = 511 м3/год або 684 кг/год

Витрачається кисню:

0,5•511 = 256 м3/год або 366 кг/год

Утворюється оксиду нітрогену (IV)

511 м3/год або 1049 кг/год

Таблиця 3.12 - Склад нітрозного газу на вході в абсорбційну колону після окислення з додатковим повітрям

Компонент

м3/год

% об'ємні

кг/год

Оксид нітрогену (IV)

2023+511 =2534

4,65

5204

Оксид нітрогену (II)

1135-511 =624 '

1,15

836

Кисень

602+2206-256 = 2552

4,68

3646

Азот

39760+8302 = 48062

88,21

60078

Пари води

312+403 = 715

1,31

575

Всього

54487

100,00

70339

Матеріальний розрахунок абсорбційної колони

Метою приблизного матеріального розрахунку колони є підтвердження виходу на задану продуктивність.

В колону вводиться 2534+624 = 3158 м3/год оксидів нітрогену, залишається у вихлопних газах 56 м /год, перетворюється у нітратну кислоту 3158-56 = 3102 м3/год.

Утворюється моногідрату: 3102•63/22,4 = 8724 кг/год

Надходить із холодильників-конденсаторів 6750 кг/год

Разом 15474 кг/год

Отже, прийнята продуктивність забезпечується. Втрати на стадії складування, збереження, транспортування 15474-15320 = 154 кг/год (1 %) як прийнято в підрозділі 3.1.1.

нітратна кислота нітрозний газ

Припускають, що оксиди нітрогену у вихлопних газах повністю складаються з NО. Витрати кисню на одержання кислоти розраховують за рівняннями реакцій:

2NO2 + 0,5O2 + Н2O = 2НNO3 (3.3)

2NO + 1,5O2 + Н2O = 2HNO3 (3.4)

Витрати кисню за реакцією (3.3):

2534•0,5•0,5 = 634 м3/год або 906 кг/год

Витрати кисню за реакцією (3.4):

(624-56) •0,5•1,5 = 426 м3/год або 609 кг/год

Витрати води:

3102•0,5 =1551 м3/год або 1246 кг/год

Надходить в абсорбційну колону кисню із трубопроводу та продувної колони:

2552+310 = 2862 м3/год або 3646+443 = 4089 кг/год

Залишається кисню у вихлопних газах 1805 м3/год, отже, після окислення оксидів нітрогену, кисню на окислення NO в NO2 не залишається:

(2862-634-426 = 1802 м3/год).

По практичним даним, у складі оксидів нітрогену може бути до 25 % NO2 або 56•0,25 = 14,00 м3/год, витрати кисню на їхнє утворення 7,00 м3/год розрахунками не враховані.

На розведення моногідрату до 56 % витрати води складають:

15474/56• (100-56) = 12158 кг/год

Витрати води на утворення моногідрату:

8724: 7 = 1246 кг/год

Уходить з вихлопними газами:

493•18/22,4 = 396 кг/год

Подають води з нітрозними газами та із продувної колони:

575+46 = 621 кг/год

із холодильників-конденсаторів у складі 48 % нітратної кислоти 7313 кг/год.

Разом 7313+621 = 7934 кг/год

Отже, необхідно ввести конденсату:

396+12158+1246-7934 = 5866 кг/год

Таблиця 3.13 Матеріальний баланс абсорбційної колони

Компо-

На вході

На виході

нент

м3/год

%

кг/год

Компонент

м3/год

%

кг/год

Нітрозний газ в суміші з повітрям

Продукційна кислота

Ш2

2534

4,65

5204

HNO3

-

15474

N0

624

1,15

836

Н2O

12158

о2

2552

4,68

3646

Разом

27632

N2

48062

88,21

60078

Н20

715

1,31

575

Разом

54487

100,00

70339

Повітря із продувної колони

Вихлопні гази

NO

56

0,11

75

О2

310

20,22

443

O2

1805

3,50

2579

N2

1166

76,06

1458

N2

49228

95,43

61535

Н2О

57

3,72

46

H2O

493

0,96

396

Разом

1533

100,00

1947

Разом

51582

100,00

64585

48% HNO3

НNO3

--

6750

Н2О

--

-

7313

Разом

--

--

14063

Конденсат

-

-

5866

Всього

92217

Всього

--

-

92217

Таблиця 3.14 - Зведений матеріальний баланс одержання нітратної кислоти

На вході

На виході

Компонент

кг/год

Компонент

кг/год

Амоніак

4394

Продукційна кислота

Повітря в контактний апарат

O2

15054

HNO3

15320

N2

49555

H2O

12037

H2O

1549

Разом

27357

Разом

66158

Повітря додаткове

Вихлопні гази

O2

3594

NO

75

N2

11835

O2

2579

H2O

370

N2

61535

Разом

15799

H2O

396

Конденсат

Разом

64585

Втрати кислоти

HNO3

154

H2O

121

Разом

275

Всього

92217

Всього

92217

В продукційній кислоті води:

15320/56•44 = 12037 кг/год

Втрати HNO3: 15474-15320 = 154 кг/год

Н2O: 2158-12037= 121 кг/год

Разом: 275 кг/год

Розрахунок основних витратних коефіцієнтів на одиницю цільового продукту

Теоретично витратний коефіцієнт по амоніаку складає:

17/63 = 0,270 кг NH3 /кг НNO3,

де 17 - молярна маса амоніаку, кг/кмоль,

63 - молярна маса нітратної кислоти, кг/кмоль.

Фактично витратний коефіцієнт по амоніаку складає:

4394/15320 = 0,287 кг *Щ3 /кг НМ) 3

З урахуванням втрат:

0,287 • ( (100 + 2) / 100) = 0,293 кг NH3 /кг НNO3

Технологічний розрахунок контактного апарату

Призначення, устрій та основні габарити апарату. Визначення числа апаратів для забезпечення заданої продуктивності

Контактний апарат призначений для окислення амоніаку до оксиду нітрогену (II) під тиском 7,3•103 Па. Він складається з двох частин: верхньої - у вигляді усіченого конусу діаметром 2200 - 1600 мм та нижньої циліндричної частини. Між конусоподібною та циліндричною частинами у спеціальній касеті розташовані 12 платинових каталізаторних сіток. Касета з каталізаторними сітками встановлена на решітці з концентричних кілець. Під ними на колосниковій решітці розташовано шар керамічних кілець, покладених правильними рядами висотою 200 мм. Цей шар кілець, з однієї сторони, частково вловлює платину, що уноситься нітрозними газами, а з другої сторони, стабілізує тепловий режим на каталізаторних сітках, завдяки якому можна після короткочасної зупинки запускати апарат у роботу, без розігріву сіток.

Робочий діаметр каталізаторних сіток 1600 мм, кількість платини, що завантажується, приблизно 20 - 30 кг. Контактний апарат виготовляють з нержавіючої сталі XI7, Х18Н9Т, Х18Н9 та вуглецевої сталі, витрати якої складають 7500 кг.

Апарат працює при температурі аміачно-повітряної суміші 250 - 300°С та 900°С на каталізаторних сітках.

Нижня частина апарату, відкіля виводяться нітрозні гази, футерована жаростійкою керамікою.

Аміачно-повітряна суміш надходить у простір між конусами, піднімається нагору і направляється до внутрішнього відкритого зверху конусу. Суміш проходить розподільний шар кілець Рашига, розташованих на решітці. Це дозволяє забезпечити однакову щільність потоку газу по всьому перетині каталізаторних сіток. Загальна висота апарату 3810 мм. На один агрегат установлюють 1 контактний апарат, що підтверджується подальшими розрахунками.

Тепловий розрахунок контактного апарату

Вихідні дані:

Кількість амоніаку, що спалюється - 1,22 кг/с

Кількість повітря, що подається - 18,38 кг/с

Температура повітря, що надходить, у змішувач

контактного апарату - 270°С

Температура амоніаку, що надходить - 140°С

Кількість компонентів нітрозних газів, що утворяться, в кг/с

NO-2,07N2 - 13,81

O2 - 1,36Н2O - 2,37

Метою теплового розрахунку є визначення теоретичної температури на сітці каталізатора, яка повинна бути близькою до 900°С.

Прихід теплоти

Теплота, принесена амоніаком при температурі 140°С. Визначаємо молярну Теплоємність газоподібного амоніаку при Т = 140 + 273 = 413 К. [3, с.79]

Ср, 413 = а + вТ + С/Т2 = 29,8 + 25,48•10-З•413 - 1,67•105/4132 = 39,34Дж/моль•К

Питома теплоємність:

39,34/17 •1000 = 2314 Дж/кг•К

Теплота, що приноситься амоніаком:

Ф1= m•С•t = 1,22•2314•140 = 395231 Вт

Теплота, що приноситься повітрям при t. = 270°С

Питома теплоємність повітря при 200°С = 1013 Дж/кг•К, при 300°С - 1020 Дж/кг•К [5, с.500].

Перепаду у 100°С (300 - 200) відповідає перепад теплоємності у 1020 - 1013 = 7 одиниць.

Перепаду у 70°С (270 - 200) відповідає перепад теплоємності 70•7/100 = 5 одиниць і теплоємність при 270°С складе

1013 + 5 = 1018 Дж/кг•К

Теплота, що приноситься повітрям:

Ф 2= m•С•t = 18,38•1018•270 = 5051927 Вт

Визначаємо теплоту, яка виділяється при окисленні амоніаку по реакціям:

4NНз + 5O2 = 4NO + 6Н2O (3.5)

4 NНз + 3O2 = 2N2 + 6Н2O (3.6)

По реакції (3.5) окислюється 1,22•0,96 кг/с амоніаку. Для визначення теплового ефекту реакції використовуємо наслідок із закону Г.І. Гесса. Визначаємо зміну ентальпії реакції як суму ентальпій утворення продуктів реакції мінус сума ентальпій утворення вихідних речовин:

?Н реакції (3.5) = 4?НNO + 6?НH2O - 4?НNHз =

= 4•91,26 + 6• (-241,81) - 4• (-45,94) = - 902,06 кДж/моль [3, с.77,79].

Тепловий ефект реакції має зворотний знак

Q1= 902,06 кДж/моль = 902060000 Дж/кмоль.

aбо 902060000/ (4•17) Дж/кг,

де 4•17 - молярна маса 4 молей амоніаку.

Теплота, що виділяється при окисленні амоніаку по реакції (3.5):

Ф3 = 902060000/ (4•17) •1,22•0,96 = 15536657 Вт

По реакції (3.6) окислюється 1,22* (1 - 0,96) амоніаку.

?Н реакції (3.6) = 6?НН20 - 4ДНNHЗ =

= 6• (-241,81) - 4• (-45,94) = - 1450,86 + 183,76 = - 1267,1 кДж/моль

Тепловий ефект реакції має зворотний знак:

Q2= 1267100000 Дж/кмоль або 1267100000/ (4•17) Дж/кг

Теплота, що виділяється при окисленні амоніаку по реакції (3.6):

Ф4 = 1267100000/ (4• 17) • 1,22 • 0,04 = 909331 Вт

Загальний прихід теплоти:

Фприх. = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 =

= 395231 + 5051927 + 15536657 + 909331 = 21893146 Вт

Витрати теплоти представляють теплоту, що уноситься нітрозними газами. При середній температурі 900°С теплоємності компонентів складає [5, с.500]:

NO - 1073 Дж/кг•КN2 - 1110 Дж/кг•К

O2 - 1026 Дж/кг•КН2O - 2098 Дж/кг•К

Теплота, що уноситься нітрозними газами:

Ф5 = (2,07•1073 + 1,36•1026 + 13,81•1110 + 2,37•2098) •t: х = 23918tх

З рівності приходу та витрат теплоти визначаємо теоретичну температуру на сітці:

21893146 = 23918 • t: х

t: х = 915°С

Приймаємо 2 % втрат теплоти в навколишнє середовище, тоді температура газу на виході із контактного апарату складе фактично:

t: х = 915• (1 - 0,02) = 897°С

Втрати. теплоти в навколишнє середовище складає 2 % від приходу, тобто 2

1893146 • 0,02 = 437863 Вт

Нітрозні гази уносять теплоти:

21893146 - 437863 =21455283 Вт

Таблиця 3.15 Тепловий баланс контактного апарату

Прихід

Витрати

Статті

Кількість теплоти, Вт

Статті

Кількість теплоти, Вт

3 газоподібним амоніаком

395231

3 нітрозними газами, що уходять

21455283

3 повітрям

5051927

При окисленні N113 по реакції (3.5)

15536657

Втрати теплоти

437863

При окисленні КНз по реакції (3.6)

909331

Всього

21893146

Всього

21893146

Елементи конструктивного розрахунку контактного апарату

Для визначення робочого діаметру каталізаторних сіток контактного апарату знаходимо площу перетину апарату за формулою:

S = Рн?ф?V0•Тк/ (1,1•m•d•Рк•273• (1 - 1,57•d•vn)) м2 [2, с.73],

де Рн - атмосферний тиск, Па, Рн = 1,01 • 105 Па

ф - час контактування, с

При температурі 897°С та ступеню конверсії 90 - 98 % час контактування визначається за формулою:

lg ф = - 0,107Q+ 7,02•10 - 6•Q3 [2, с.73],

де

Q - ступінь контактування, % Q = 96 %

lg ф = - 0,107•96 + 7,02•10 - 6•963 = - 10,272 + 6,211 = - 4,061 - 4,000 -

- 0,061 = (-4 - 1) + (1 - 0,061) = 5,939

ф = 8,69 • 10~5 с (по таблиці антилогарифмів)

V0 - об'єм аміачно-повітряної суміші, що поступає, м3 /с (V0= 16,09 м3/с). Тк - температура контактування, К

Тк = 897 + 273 = 1170 К

m - кількість сіток, шт.; приймаємо m = 12

d - діаметр сітки, м; приймаємо d = 9• 10-5 м

Рк - тиск газу при контактуванні, Па Рк = 7,3*105 Па

n - число плетив на 1 м сітки, n= 1024• 104

S = 1,01•10 5•8,69•10 - 5•16,09•1170/ (1,1•12•9•10 - 5•7,3•105•273• (1 -

- 1,57•9•10 - 5•vІ024•104)) = 1,27 м

Активна поверхня 1 м2 площі сітки складає 1,81 м2 [2, с.349].

Загальна активна поверхня сіток:

F = 1,81•12•1,27 = 28 м2

Напруженість 1 м2 поверхні складає:

4394•24/28 - 3766 кг NН3/м2 на добу

де 4394 - кількість амоніаку, що окисляється, кг/год

Маса 1м2 сітки за ДОСТ 3193 - 79 складає 1020 г, тоді загальна маса сіток:

1020•12•1,27= 15545 г

Напруженість на 1 г каталізатору на добу:

4394•24/15545 = 6,8 кг NН3/г на добу

По [2, с.62] при часі контакту 8,69• 10 - 3 с або 0,87• 10 - 4 с можна досягти ступеню контактування 96 %, що відповідає завданню.

При цьому напруженість каталізатора складе:

8 кг NНз / г на добу або 4160 кг NН3/м на добу, що значно більше розрахованої. Отже, в наших умовах каталізатор має запас напруженості.

Гранична ступінь перетворення амоніаку в оксид нітрогену (II) можна знайти за формулою:

Qпр = 3,9Тк0,46•Р - 0,02 [2, с.58].

Qпр = 3,9• 11700,46•7,3 - 0,02 = 3,9•25,78•0,96 = 96,6 %

Величина тиску прийнята у барах, 1 бар = 105 Па

З метою інтенсифікації роботи контактного апарату та зменшення втрат платини приймаємо стандартний контактний апарат діаметром 2,2 м і діаметром сіток 1,6 м. Фактична площа сіток:

S = 0,785•1, б2 = 2,01 м2

Фактичний час контактування:

ф = S?1,1?ф?d?Рк•273• (1 - 1,57•d•vn) / (РН•V0*Тk)

ф = 2,01•1,1•12•9•10 - 5•7,3•105•273• (1 - 1,57•9•10 - 5•v1024•104) / (1,01• •105•16,09•1170) = 260706,43 / (1,01 •105• 16,09•1170) = 13,7•10 - 5 с

Загальна маса сіток:

G = 1020•12•2,01 = 24600 г

Загальна активна поверхня сіток:

F = 1,81•12•2,01 = 43,66 м2

Напруженість на 1 г сітки

4394•24/24600 = 4,3 кг NН3/г на добу

Напруженість 1 м2 поверхні складе

4394•24/43,66 = 2415 кг NHз / м2 на добу

По [2, с.62] ступінь контактування може складати 97 %.

Визначаємо діаметр штуцеру вводу аміачно-повітряної суміші при

X = 270°С та Р = 7,3 • 105 Па

Фактичний об'єм суміші знаходимо по рівнянню стану ідеального газу Д.І. Менделєєва.

Р•V/Т = Р0•V0 /Т0

Vф = 16,09• 101235• (270+273) / (7,3• 105•273) - 4,44 м3/с

Швидкість газової суміші приймаємо w = 20 м/с [6, с.187].

Діаметр штуцеру визначаємо за формулою:

Д = •w [6, с.186].

Д = (4,44/0,785/20) 0,5 = 0,53 м

Приймаємо стандартний діаметр 600 мм.

Розрахунки допоміжного обладнання виробництва, що проектується

Котел-утилізатор

Призначений для охолодження нітрозних газів з 880 - 900°С до 250 - 170°С з одночасним одержанням водяного пара тиском 1,6 - 1,3 МПа та температурою 220 - 250°С. Котел безпосередньо з'єднаний з контактним апаратом перехідним корпусом, у якому розташовано пароперегрівач. По конструкції - це котел газотрубного типу з розвальцьованими та привареними в трубних решітках трубками. Випарна частина котлу представляє собою трубчатку, яка складається з 461 трубки діаметром 45•3 мм, довжиною 5435 мм, виготовлених із вуглецевої (котельної) сталі. Нітрозні гази проходять по трубам, вода знаходиться у міжтрубному просторі. Вологий водяний пар збирається у парозбірнику і по трубкам поступає у перегрівник, звідкіля виходить при 230°С.

Котел постачений люками для огляду та запобіжним клапаном. Вхідну та вихідну камери, а також приєднувальний конус футерують жаростійкою керамікою, весь котел ззовні вкрито тепловою ізоляцією. Площа поверхні нагріву випарної частини 354 м2, пароперегрівача 5,7 м2. Розмір котлу, м: довжина - 11,2; ширина - 4,5; висота - 6,3; діаметр барабану - 2560•20; вхідної камери - 2240•20 мм.

Маса металічної частини котлу з арматурою 36 т.

Необхідну площу поверхні котлу визначають за формулою:

F = Ф / К • ?tcp [6 с.448]

де Ф - теплове навантаження котла, Вт

За даними КП „Екоантилід" теплове навантаження складає

1,2 • 106 Вт, тоді вона складатиме:

Ф = 15,32 • 1,2 • 106 = 18,384 • 106 Вт

К - коефіцієнт теплопередачі, Вт/ (м •К)

За даними КП „Екоантилід" приймають К= 150Вт/ (м2•К)

?t - середня різниця температур,°С.

Схема температурного режиму випарної частини котла:

нітрозні гази

897°С 230°С ?tб =897 - 104 = 793°С

зм'якшена вода

104° С 104°С ?tм = 230 - 104 = 126°С

?tср = (?tб - ?tм) / (2,303 •lg ?tб / ?tм) [6 с.378]

?tср = (793 - 126) / (2,303 • lg793/126) = 667/ (2,303 •lg6,29) =

= 667/ (2,303 • 0,79) = 367°С

Тоді F = 18,384•106/ (367 • 150) = 334м2

Запас поверхні:

(354 - 334) / 334 • 100 = 6,0 %

Отже, на 1 агрегат встановлюють один котел-утилізатор.

Окислювач

Окислювач призначений для подальшого окислення оксиду нітрогену (II) в оксид нітрогену (IV). При цьому температура нітрозних газів підвищується до 300 - 330°С. Окислювач представляє собою порожній вертикальний циліндричний апарат діаметром 3,2 м та висотою 8 м, місткість „64,3 м3.

У верхній частині окислювача встановлений фільтр із скловолокна, для вловлювання платинового каталізатору. Можлива конструкція окислювача, у верхній частині якого убудований підігрівач повітря, тоді фільтр розташовано в нижній частині апарату. Загальна висота такого апарату 12,6 м.

По виконаному матеріальному розрахунку на 1 агрегат встановлюють 1 окислювач.

Підігрівач повітря

Призначений для підігріву повітря, що поступає в контактний апарат, з 100 - 120°С до 250 - 270°С. Підігрів повітря відбувається за рахунок теплоти нітрозних газів, які виходять з окислювача; нітрозні гази охолоджуються при цьому з 300 - 330°С до 170 - 175°С.

В трубній дошці розвальцьовані та заварені трубки U - образної форми діаметром 25 • 2 мм, загальна кількість їх, рахуючи по кільцям трубок, 1450 шт., середньою довжиною 5300 мм. Площа поверхнітеплообміну 617 м2.

Повітря проходить по трубкам, нітрозні гази - у міжтрубному просторі. Для забезпечення протитоку кожух теплообмінника ділиться по довжині на 2 секції. Діаметр кожуху 1,4 м., загальна висота апарату 8,5 м.

Підігрівай повітря може бути вбудовано в окислювач, тоді його діаметр 1 м, висота 3,2 м.; нітрозиі гази проходять по прямим трубкам діаметром 57•3,5, площа поверхні нагріву 297 м2, температура повітря після підігрівана 250 - 270°С.

Необхідну площу поверхні підігрівана знаходять за формулою:

F = Ф/ К* ?tср [6 с.448]

де Ф - теплове навантаження, Вт

В підігрівач входить 18,38 кг/с повітря - на 1 агрегат.

Теплоємність повітря при 110°С - 1009 Дж/ (кг•К)

при 270°С - 1018 Дж/ (кг•К) [5, с.500]

Тоді Ф = 18,38 • (1018•270 - 1009•110) = 3011931 Вт

К - коефіцієнт теплопередачі, Вт/ (м2 •К).

За даними КП „Екоантилід" приймають К = 150 Вт/ (м2•К)

?tср - середня різниця температур,°С.

Схема температурного режиму підігрівану: нітрозні гази

300°С 150°С ?tб =150 - 110 = 40°С

повітря

270° С 110°С ?tм = 300 - 270 = 30°С

?tср = (40 + 30): 2 = 35°С

Тоді, F = 3011931/150 •35 = 573 м2

Запас поверхні:

(617-573) /573•100 =7,7%

Отже, на 1 агрегат встановлюють 1 підігрівач повітря

Таблиця 3.16 - Перелік основного та допоміжного устаткування технологічної схеми

Літеро-

цифрове

позначення

апарату

Найменування

устаткування

Призначення та коротка характеристика

Матеріали

Кіль

кість

АРІ

Колона

абсорбційна

Для абсорбції оксидів нітрогену

Нержавіюча

сталь,

вуглецева

сталь

1

АР2

Продувна

колона

Для віддування оксидів нітрогену із продукційної кислоти

Титан,

вуглецева

сталь

1

ATI

Підігрівач

повітря

Для підігрівання повітря від 130 до 210°С

Вуглецева

сталь

1

АТ2

Підігрівач

амоніаку

Для підігрівання

газоподібного

амоніаку

Нержавіюча

сталь

1

АТЗ

Підігрівач хвостових газів

Для підігрівання хвостовий газів

Нержавіюча

сталь,

вуглецева

сталь

1

АТ5

Холодильник

повітря

Для проміжного

охолодження

повітря

Нержавіюча

сталь.

1

ГТ1

Г азотурбінний агрегат

Для стиску повітря

1

КС1

Камера

згоряння

реактору

Для підігрівання додаткових хвостових газів

Нержавіюча

сталь,

вуглецева

сталь

1

КУ1

Котел-

утилізатор

Для охолодження нітрозних газів

Вуглецева

сталь

1

КУ2

Котел-

утилізатор

Для охолодження хвостових газів

Вуглецева

сталь

1

РТ1

Контактний

апарат

Для окислення амоніаку киснем повітря

Нержавіюча сталь, шамотна цегла, вата каолінова

1

РТ2

Окислювач

Для окислення оксиду нітрогену (II) в оксид нітрогену (IV) киснем

Нержавіюча сталь, вуглецева сталь, скловата УТВ-20

1

РТЗ

Реактор

каталітичної

очистки

Для каталітичного відновлення оксидів нітрогену продуктами окислення природного газу до елементарного азоту

Нержавіюча

сталь,

вуглецева

сталь

1

СМ1

Змішувач амоніаку з повітрям

Для змішування амоніаку з повітрям

Нержавіюча сталь алюміній вуглецева сталь, скловата

1

Ф1

Фільтр очистки повітря

Для тонкої очистки повітря від пилу

Лавсанове волокно, ФПП - 15-3 (тканина Петрянова)

1

Ф2

Фільтр очистки

газоподібного

амоніаку

Для очистки газоподібного амоніаку від масла, механічних домішок

Алюміній АД - 1, двохшарова сталь, вуглецева сталь, сітка ССФЗ, сітка ССФ4

1

ХК 1,2

Холодильник-

конденсатор

Для охолодження нітроз них газів від 170-185°С до 40-50°С

Нержавіюча

сталь,

вуглецева

сталь

2

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Виробництво нітратної кислоти. Окиснення амоняку

    Історія промислового виробництва нітратної кислоти. Стадії проведення синтезу азотної кислоти. Технологічна схема виробництва нітратної кислоти. Принципова схема установки для переробки йодовмісних систем на основі концентрованої нітратної кислоти.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 03.02.2015

  • Контактне окиснення аміаку

    Аналіз головної стадії виробництва нітратної кислоти - окиснення аміаку киснем повітря. Розрахунок матеріального і теплового балансів конвертора, обґрунтування та вибір його конструкції. Екологічна оцінка виробництва розведеної нітратної кислоти.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.06.2011

  • Виробництво слабкої азотної кислоти з розробкою контактного апарата

    Аналіз існуючих схем виробництва азотної кислоти і конструкції типових апаратів. Вибір більш оптимальної технологічної схеми і апарату, в якому виконується синтез нітрозних газів. Розрахунки для безпечної установки устаткування на котел-утилізатор.

    дипломная работа [3,6 M], добавлен 27.06.2012

  • Розрахунок перемішуючого апарату для виробництва винної кислоти

    Розрахунок реактора з перемішуючим пристроєм лопатевого типу для перемішування розчину неорганічної солі. Опис технологічного процесу виробництва винної кислоти. Обґрунтування вибору конструкції, технічна характеристика апарату із перемішуючим пристроєм.

    курсовая работа [774,8 K], добавлен 19.11.2014

  • Технологія виробництва азотної кислоти

    Загальна характеристика хімічної промисловості. Фізико-хімічні основи та технологічна схема виробництва азотної кислоти. Розрахунок балансу хіміко-технологічного процесу. Теплові розрахунки хімічного реактора. Розрахунок ентропії та енергії Гіббса.

    курсовая работа [865,2 K], добавлен 25.09.2010

  • Проектування ливарного виробництва

    Розрахунок виробничої програми цеху ливарного виробництва. Вибір режиму роботи цеху, визначення фондів часу роботи. Проектний розрахунок плавильного відділення. Проектний розрахунок складу формувальних матеріалів. Витрати води та електричної енергії.

    курсовая работа [150,6 K], добавлен 06.07.2015

  • Технологія коксохімічного виробництва

    Структура і технологічна схема коксохімічного виробництва. Вибір вугільної шихти та розрахунок матеріального балансу. Схема підготовки вугільної шихти до коксування. Матеріальний і тепловий баланс газозбірника. Розрахунок необхідної кількості печей.

    курсовая работа [683,9 K], добавлен 06.01.2013

  • Розрахунок ректифікаційної колони

    Експлуатація промислових насадкових колон. Фізико–хімічні основи процесу ректифікації. Розрахунок основного обладнання. Матеріальний баланс ректифікаційної колони. Розрахунок та вибір кожухотрубного теплообмінника–холодильника кубового залишку.

    курсовая работа [629,7 K], добавлен 15.11.2015

  • Матеріальний і тепловий баланс реактору при виробництві газифікованого вугілля

    Аналіз хіміко-технологічних систем для одержання газифікованого вугілля. Оптимальні умови проведення ХТП в реакторі. Розрахунок матеріального і теплового балансів хімічного реактору. Кількість і склад відходів, що утворюються в ХТС, методи їх утилізації.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.06.2011

  • Виробництво лимонної кислоти

    Хімічні і фізичні властивості лимонної кислоти. Продуценти лимонної кислоти, властивості сировини для її біосинтезу, культивування. Характеристика готової лимонної кислоти. Апаратурна схема виробництва та експлікації. Технологічний процес виробництва.

    реферат [255,2 K], добавлен 10.11.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2025, ООО «Олбест» Все наилучшее для вас