1. Исходные данные для расчета
1. В холодильник-конденсатор поступает 5000 нм³/ч нитрозных газов.
2. Состав газа на входе, %об.: NO – 2, NO2 – 8,35, O2 – 1,92, N2 – 70,80, Н2О – 16,93.
3. Давление в системе 7,5 атм.
4. Степень превращения окислов азота при абсорбции – 0,98.
5. В расчете теплового баланса определить количество охлаждающей воды.
6. Температура нитрозного газа на входе в холодильник – конденсатор – 160ºС.
7. Температура нитрозного газа на выходе из холодильника–конденсатора – 40ºС.
8. Степень конденсации водяных паров – 90 %.
2. Материальный баланс холодильника-конденсатора
Цель материального баланса: определение состава нитрозного газа после холодильника-конденсатора.
Таблица 1. Состав нитрозных газов, поступающих в холодильник-конденсатор
Состав
м3/ч
кг/ч кмоль/ч % (об.) NO 100 133,8 4,46 2
NO2
417,5 857,44 18,64 8,35
O2
96 137,152 4,286 1,92
N2
3540 4425,008 158,036 70,80
H2O
846,5 680,22 37,79 16,93 Всего 5000 6233,62 223,212 100
В холодильнике – конденсаторе образуется конденсат, содержащий 40%-ную HNO3 , что соответствует степени превращения окислов азота 25 %.
Условно пересчитываем окислы азота, содержащиеся в нитрозном газе, на NO2:
(NO+ NO2)=4,46+18,64=23,1 кмоль/ч
1. Количество конденсата.
Количество двуокиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит:
23,1*0,25=5,775 кмоль/ч
На образование азотной кислоты по реакции
4 NO2 + O2 +2Н2О = 4HNO3 - 73600 кДж
расходуется воды: 5,775 / 2 = 2,887 кмоль/ч.
Количество сконденсировавшейся воды x, пошедшей на образование 40%-ной HNO3 , можно вычислить по уравнению:
36382,5=14553+720x
x= 30,32 кмоль/ч
Всего сконденсировалось воды:
2,887 + 30,32 = 33,21 кмоль/ч
В газе осталось водяных паров:
37,79 – 33,21 =4,58 кмоль/ч
Количество образовавшейся 40%-ной HNO3 :
5,775 + 30,32 = 36,095 кмоль/ч
2. Количество и состав газа после холодильника.
На образование HNO3 пошло кислорода:
5,775*0,25 = 1,444 кмоль/ч
В газе осталось:
кислорода
4,286 - 1,444=2,842 кмоль/ч
окислов азота
23,1 – 5,775=17,325 кмоль/ч
Таблица 2. Состав нитрозных газов, выходящих из холодильника-конденсатора
Состав
м3/ч
кг/ч кмоль/ч % (об.) NO 99,904 133,8 4,46 2,44
NO2
288,176 591,79 12,865 7,04
O2
63,661 90,944 2,842 1,55
N2
3540,006 4425,008 158,036 86,46
H2O
102,592 82,44 4,58 2,51 Всего 4094,339 5323,982 182,783 100
Таблица 3. Состав конденсата
Состав
м3/ч
кг/ч кмоль/ч %(об.)
HNO3
129,36 363,825 2,05 39,99
H2O
679,17 545,76 37,73 60,01 Всего 808,53 909,585 39,78 100
3. Сводный материальный баланс холодильника–конденсатора
Таблица 4.
ПРИХОД РАСХОД В-во
м3/ч
кг/ч кмоль/ч %(об.) В-во
м3/ч
кг/ч кмоль/ч %(об.) NO 100 133,8 4,46 2 NO 99,904 133,8 4,46 2,01
NO2
417,5 857,44 18,64 8,35
NO2
288,176 591,79 12,865 5,78
O2
96 137,152 4,286 1,92
O2
63,661 90,944 2,842 1,28
N2
3540 4425,01 158,036 70,80
N2
3540,01 4425,01 158,04 71,06
H2O
846,5 680,22 37,79 16,93
H2O
102,592 82,44 4,58 2,06
H2O
конд-ат
679,17 545,76 37,73 16,96
HNO3
конд-ат
129,36 363,825 2,05 0,92 Всего 5000 6233,62 223,212 100 Всего 4902,873 6233,57 222,39 100
Неувязка материального баланса составляет:
Она не превышает 1 %, соответственно материальный баланс рассчитан верно.
Тепловой баланс холодильника – конденсатора
Цель теплового баланса: расчёт тепловых потоков.
1. Теплоту, приносимую с нитрозным газом, находим по формуле,
,
где ni – количество вещества исходных реагентов, кмоль/ч (материальный баланс);
ci – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tвх,i – температура входного потока, ºС.
Находим среднюю теплоёмкость компонентов нитрозного газа по формулам:
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
Таблица 3. ............
