Матеріальний баланс холодильника-конденсатора

1. Вихідні дані для розрахунку

1. У холодильник-конденсатор надходить 5000 нм ³ / год нітрозних газів.

2. Склад газу на вході,% об.: NO - 2, NO 2 - 8,35, O 2 - 1,92, N 2 - 70,80, Н2О - 16,93.

3. Тиск у системі 7,5 атм.

4. Ступінь перетворення оксидів азоту при абсорбції - 0,98.

5. У розрахунку теплового балансу визначити кількість охолоджуючої води.

6. Температура нитрозного газу на вході в холодильник - конденсатор - 16 0 º С.

7. Температура нитрозного газу на виході з холодильника-конденсатора - 40 º С.

8. Ступінь конденсації водяної пари - 90%.

2. Матеріальний баланс холодильника-конденсатора

Мета матеріального балансу: визначення складу нитрозного газу після холодильника-конденсатора.

Таблиця 1. Склад нітрозних газів, що надходять в холодильник-конденсатор

У холодильнику - конденсаторі утворюється конденсат, що містить 40%-ную HNO _3, що відповідає ступеню перетворення окислів азоту 25%.

Умовно перераховуємо окисли азоту, що містяться в нітрозному газі, на NO _2:

(NO + NO ₂₎ = 4,46 +18,64 = 23,1 кмоль / год

1. Кількість конденсату.

Кількість двоокису азоту, перетвореної в азотну кислоту, складе:

23,1 * 0,25 = 5,775 кмоль / год

На освіту азотної кислоти з реакції

4 NO ₂ + O ₂ +2 Н ₂ О = 4 HNO ₃ - 73600 кДж

витрачається води: 5,775 / 2 = 2,887 кмоль / ч.

Кількість сконденсировавшейся води x, яку витратили на освіту 40%-ної HNO _3, можна обчислити за рівнянням:

36382,5 = 14553 +720 x

x = 30,32 кмоль / год

Всього сконденсировалось води:

2,887 + 30,32 = 33,21 кмоль / год

У газі залишилося водяної пари:

37,79 - 33,21 = 4,58 кмоль / год

Кількість утворилася 40%-ної HNO _3:

5,775 + 30,32 = 36,095 кмоль / год

2. Кількість і склад газу після холодильника.

На освіту HNO ₃ пішло кисню:

5,775 * 0,25 = 1,444 кмоль / год

У газі залишилось:

кисню

4,286 - 1,444 = 2,842 кмоль / год

окислів азоту

23,1 - 5,775 = 17,325 кмоль / год

Таблиця 2. Склад нітрозних газів, що виходять з холодильника-конденсатора

Таблиця 3. Склад конденсату

3. Зведений матеріальний баланс холодильника-конденсатора

Таблиця 4.

Не у в'язка матеріального балансу складає:

Вона не перевищує 1%, відповідно матеріальний баланс розрахований вірно.

Тепловий баланс холодильника - конденсатора

Мета теплового балансу: розрахунок теплових потоків.

1. Теплоту, принесену з нітрозні газом, знаходимо за формулою,

_,

де n _i - Кількість речовини вихідних реагентів, кмоль / год (матеріальний баланс);

c _i - середня питома теплоємність компонентів, кДж / (кмоль К);

t _{вх, i} - температура вхідного потоку, º С.

Знаходимо середню теплоємність компонентів нитрозного газу за формулами:

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

Таблиця 3. Середня теплоємність нитрозного газу

Розрахуємо середню теплоємність нитрозного газу за правилом адитивності:

;

.

Q ₁ = 223,212 * 31,136 * 160 = 1111988,613 кДж / ч = 308,89 кВт.

2. Теплоту, що надходить за рахунок конденсації водяної пари, визначаємо як:

Q ₂ = (2780 - 4,18 * 40) 33,21 * 18 = 1561879,584 кДж / ч = 433,85 кВт.

де 2780 кДж / кг - теплота конденсації водяної пари.

3. Теплоту при утворенні азотної кислоти знаходимо за формулою, кДж:

,

де q - теплота освіти безводній HNO ₃ (по реакції), кДж; q = 73600 кДж;

m - кількість утворилася кислоти, кмоль / год (матеріальний баланс)

Q ₃ = кДж / год = 29,52 кВт.

Теплота, що виділяється при розведенні безводній кислоти до 40%-ної HNO _3:

Q ₄ = 28400 * 5,775 = 164010 кДж / год = 45,56 кВт.

де 28400 - теплота розведення азотної кислоти, кДж / моль.

Теплоту, відведену нітрозні газом з конденсатора, знаходимо за формулою, кДж:

де n _j - Кількість речовини продуктів реакції, кг / год, (матеріальний баланс); c _j - середня питома теплоємність компонентів, кДж / (кмоль К);

t _{кін, j} - температура вихідного потоку, º С.

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

кДж / (кмоль К)

Таблиця 3. Середня теплоємність нитрозного газу

.

Q ₅ = 182,787 * 29,859 * 40 = 218313,481 кДж / год = 60,64 кВт.

Теплоту, що відводиться з кислотою з холодильника - конденсатора знаходимо як:

Q ₆ = кДж / год = 30,73 кВт.

[3,041 - теплоємність 40%-ної HNO ₃ при 40 º С, кДж / (кг К)].

По різниці між кількостями приходить і витрачається теплоти визначаємо теплоту, відведену охолоджуючої водою:

Q ₇ = (308,89 + 433,85 + 29,52 + 45,56) - (60,64 + 30,73) = 726,45 кВт.

Таблиця 5. Тепловий баланс холодильника-конденсатора