Регенерация азотной и серной кислоты

|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 |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

МЕНЮ

Регенерация азотной и серной кислоты

ИНТЕРЕСНОЕ