Что такое нитрозный газ

04.06.202213.06.2022 admin 0 Comments

Нитрозные газы

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

При этом образуются газообразные вещества:

NO₂==2,65 кг

H₂O ==0,52 кг

O₂ = =0,46 кг.

б) по реакции (4) разлагается ½ количества (1,5%) HNO₃ до N₂:

N₂==0,81 кг.

H₂O = =0,52 кг.

O₂ = =2,3 кг

в) при разложении N₂O₃ по реакции (5):

NO₂==5,45 кг

NO = = 3,55 кг

г) при разложении HNSO₅ по реакции (2):

NO₂==5,43 кг

NO = = 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:

В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха):

2,420,86Всего26,5815,6

Подсос воздуха u_под через неплотности соединений царг колонны принимаем равным 100% объема сухих газов

N₂==15,21 кг;

O₂==4,68 кг;

Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t=20 О С, относительная влажность 80%

d₀ = 14.61 — влагосодержание

Всего воздуха: 19,89+0,23=20,12 кг.

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

7,445,21Всего46,4731,11

Количество паров воды, уходящих из колонны (за конденсатом) с нитрозными газами при t=35 О С

H₂O = , для

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

H₂O = кг

в объеме v= нм 3

Общий состав газов, поступающих на поглощение:

2,420,86Всего46,5431,12

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:
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+

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.

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

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

6. Температура подсасываемого воздуха 20 О С

1) С отработанной кислотой

c₁=2,22 — удельная теплоемкость отработанный кислоты при температуре 90 О С

2) С перегретым паром, теплосодержание которого при t=220 О С равно 700.8 кДж; Q₂=700,8*у

3) Теплота от H₂SO₄ состоит из физической теплоты и теплоты разбавления

Физическая теплота определяется по формуле

==х кДж/(8.4x ккал)

=1,759 кДж/кг град – удельная теплоемкость H₂SO₄ 91% при t=20 О С

Теплота разбавления H₂SO₄определяется разницей теплот разбавления до 70% и 91%.

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

В H₂SO₄ с массовой долей 91%, моль:

H₂O = х 0,09/18 = 0,005 х

n = 0,005 х/0,0094 х =0,53

H₂O = z 0.3/18 = 0,016 z

n = 0,016 z/0.007 z = 2.38

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

==4066,1 (17036,8 )

Уд теплота разбавления H₂SO₄ с 100% до 70%

= =10174(42628,9 )

Удельная теплота разбавления с 91% до 70%:

=42628.9-17036.8=25592.1(6107.9 ккал)

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

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

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

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

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

==19,89*1*20=397,8 кДж (94,94 ккал)

= 1 кДж/кг град – удельная теплоемкость воздуха

Всего в колонну приход тепла, кДж

++++=199800 + 700,8 у + 35,18х + 455539,4 + 18705,56 + 397,8 = 674442,76 + 35,18х + 700,8у

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

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

2) На испарение HNO₃:

=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.

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

i=2259 кДж/кг – теплота парообразования воды

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

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

=()*2,09*150=201535,71+447,86х кДж

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

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

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

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

=19.89(90-20)=1392.3 кДж

6) На закрепление содержащихся в отработанной кислоте слабой HNO₃ при ее массовой доле в смеси:

*100%=49%

Удельная теплота для HNO₃:

В кислоте с массовой долей 49%, моль:

Удельная теплота разбавления для HNO₃ 98%:

ккал/моль=25476,86 кДж/моль

В кислоте с массовой долей HNO₃ 98%, моль:

Удельная теплота разбавления для HNO_{3 98%}

ккал/моль=1436,59 кДж/моль

Теплота закрепления HNO₃, находящейся в отработанной кислоте с 49% до 98%: =(25476,86-1436,59)=89017,7 кДж=21245,27 ккал

7) Теплота, уносимая с нитрозными газами:

=q₇*c₇*t, где

c- удельные теплоемкости газов с t=85 О С

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

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:

==6072,46 кДж

Всего расход тепла, кДж:

+++++++=39075,43+137040,64+201535,71+447,86х+39749,32+1392,3+89017,7+3843,73+6072,46=517727,29+447,86х

Приход приравним к расходу:

Решаем совместно уравнение материального и теплового балансов:

Расчет составлен на 1 тонну отработанной кислоты

Приход			Расход
статьи прихода	кг	%	статьи расхода	кг	%
1. Отработанная кислота	900	42	1852,86	86,5
3. Купоросное масло	847	39,52	3. Нитрозные газы	46,54	2,2
4. Перегретый пар	276,11	12,88
5. Воздух через неплотности	19,89	0,93
Всего:	2143	100	Всего:	2143	100

1. С парами HNO₃ 98%

6. На закрепление слабой HNO₃

Приход		Расход
статьи прихода	КДж	статьи расхода	кДж
1. С отработанной кислотой	199800	39075,43
2. С перегретым паром	193497,89	2. На испарении HNO3	137040,64
3. Теплота от H2SO4 91%	485336,86	89017,7
7. С нитрозными газами	3843,73
8. 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

Приход			Расход
статьи прихода	кг	%	статьи расхода	кг	%
1. Отработанная кислота	3714,3	41,97	1000	11,3
2. 50% HNO3	412,7	4,73	2. Слабая HNO3 70%	7654,87	86,5
3. Купоросное масло	3492,48	39,52	3. Нитрозные газы	194,69	2,2
4. Перегретый пар	1138,24	12,88
5. Воздух через неплотности	79,54	0,9
Всего:	8849,6	100	Всего:	8849,6	100

2.8 Расчет материального баланса концентрирования H₂SO₄

1. Температура кислоты на входе 150 О С

2. Температура кислоты на выходе 250 О С

3. Температура дымовых газов на входе 900 О С

4. Температура дымовых газов на выходе 130 О С

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

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

= G_разб(1-) = 7650,28(1-0,7) = 2295,08 кг.

В колонну подается кислота ( в пересчете на моногидрат):

G_пр = G(1-0.0006) = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2. При концентрировании серная кислота разлагается по формуле:

Q_разл = 228900 кДж/кмоль – теплота разложения H₂SO₄. Потери от разложения составляют 50% общих потерь или 0,03%:

G_пот = G_т*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%)

G_ун = 0,0003*7650,28 = 2,3 кг.

4. Общие потери составляют:

5. При разложении серной кислоты образуется:

= 98; = 64

SO_{2 =} = 1,5 кг.

O₂ = = 0,38 кг.

H₂O = = 0,42 кг.

6. В колонне выпариваются воды:

7. Выход 91% продукционной H₂SO₄:

8. Приход кислоты по моногидрату:

G_пр = G_исх = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2.9. Расчет теплового баланса вихревой колонны [4]

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

Q_{1 =} Q_прH_пр = 7654.87*342 = 2617934.76 кДж = 624805,43 ккал.

H_{пр =} 342 кДж/кг – энтальпия исходной кислоты

2. С дымовыми газами, поступившими из топки:

Q_{2 =} = 31,37х*1,45*900 = 40937,85х кДж = 9770,37 ккал.

V_{2 =} 31,37 м 3 – объем газов

С_{2 =} 1,450 кДж/м 3 град

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

1. С продукционной кислотой при 250 О С:

Q_{1 =} C_k*H_{k =} 5355.2*458 = 2452681.6 кДж = 585365,54 ккал

H_{к =} 458 кДж/кг – энтальпия серной кислоты 91%

2. С водяным паром выделяется при выпаривании и разложении:

Q_{2 =} C_вп*H_{вп =} 1606.98*2737.7 = 4399429.15 кДж = 1049983.09 ккал

G_{вп =} G_уп + G_разл = 1606,56 + 0,42 = 1606,98 кг.

H_{вп =} 2737,7 кДж/кг – энтальпия водяного пара

G_{уп и} G_разл – из материального баланса.

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

Q_{3 =} = 31,37х*1,336*130 = 5448,34х кДж = 1300,32 ккал.

V₂ – объем дымовых газов на м 3 сжигаемого газа

С₂ = удельная теплоемкость дымовых газов при t=130 О С

С₂ = 1,336 кДж/м 3 град

4. На испарение серной кислоты:

5. С парами серной кислоты:

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

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

6. На разложение серной кислоты:

Q₆ = = =5372,14 кДж = 1282 ккал.

7. С продуктами разложения серной кислоты в результате разложения серной кислоты при температуре отходящих газов 130 О С образуются:

=1,5 кг.; =0,38 кг.; =2,3 кг

Q₇ = (* + *)t=(0.963 + 0.353)130 = 171.08 кДж = 40,83 ккал

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

Q_70% = 427,4 кДж/кг – теплота разбавления до 70%

Q_91% = 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

Q_д = 58530,51 + 54,48 х к`Дж

Q_расх = 5911581,38 + 5502,82 х кДж

10. Для определения расхода топлива ^приравниваеме приход тепла к расходу:

11. Определяем часовое количество и состав газов, поступающих на установку из топки.

249,11200,17Всего3012,523805,63

12. Определяем часовое количество газов, уходящих с установки:

CO₂: *х=1,27*92,95

N₂: *х=24,43*92,95

O₂: =374,59+0,38*22,4/32

SO₂: 22.4/64

H₂O: +

H₂SO₄: *22,4/98

Всего5014,75417,22

Приход			Расход
статьи прихода	кг	%	статьи расхода	кг	%
1. Газы из топки	3805,63	33,2	1. Газы в аотмосферу	5417,22	46,26
2. Серная кислота 70%	7654,87	66,8	2. серная кислота 91%	6043,72	52,72
3. Пары серной кислоты	2,3	0,02
Всего:	11460,5	100	Всего:	11460,5	100

Приход		Расход
статьи прихода	КДж	Статьи расхода	кДж
1. С серной кислотой 70%	2617934,76	1. С серной кислотой 91%	2452681,6
2. С дымовыми газами	6423107,92	2. С водяным паром	4399429,15
3. С дымовыми газами	672179,0
4. На испарение серной кислоты	1175,76
5. Теплота разложения	5372,14
6. С продуктами разложения	171,08
7. Теплота дегидратации	1446439,52
8. Потери в окружающую среду	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.

П_сут=, где

n – время на ремонт и простои оборудования

П_сут==29,85 т/сут

П_час==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 составляет 1:32 при исходной HNO₃ 50% и H₂SO₄ 92%. Исходя из сказанного выше, годовая производительность по H₂SO₄ будет равна 32000 т/год.