1. Вихідні дані для розрахунку
1. У холодильник-конденсатор надходить 5000 нмі / год нітрозних газів.
2. Склад газу на вході,% об.: NO - 2, NO2 - 8,35, O2 - 1,92, N2 - 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 - 160єС.
7. Температура нитрозного газу на виході з холодильника-конденсатора - 40єС.
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 = 4HNO 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.
Проблема 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, єС.
Знаходимо середню теплоємність компонентів нитрозного газу за формулами:
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 =
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, єС.
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 =
[3,041 - теплоємність 40%-ної HNO 3 при 40 єС, 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
1. У холодильник-конденсатор надходить 5000 нмі / год нітрозних газів.
2. Склад газу на вході,% об.: NO - 2, NO2 - 8,35, O2 - 1,92, N2 - 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 - 160єС.
7. Температура нитрозного газу на виході з холодильника-конденсатора - 40єС.
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
| Склад | м 3 / год | кг / год | кмоль / год | % (Об.) |
| NO | 100 | 133,8 | 4,46 | 2 |
| NO 2 | 417,5 | 857,44 | 18,64 | 8,35 |
| O 2 | 96 | 137,152 | 4,286 | 1,92 |
| N 2 | 3540 | 4425,008 | 158,036 | 70,80 |
| H 2 O | 846,5 | 680,22 | 37,79 | 16,93 |
| Всього | 5000 | 6233,62 | 223,212 | 100 |
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 = 4HNO 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
| Склад | м 3 / год | кг / год | кмоль / год | % (Об.) |
| NO | 99,904 | 133,8 | 4,46 | 2,44 |
| NO 2 | 288,176 | 591,79 | 12,865 | 7,04 |
| O 2 | 63,661 | 90,944 | 2,842 | 1,55 |
| N 2 | 3540,006 | 4425,008 | 158,036 | 86,46 |
| H 2 O | 102,592 | 82,44 | 4,58 | 2,51 |
| Всього | 4094,339 | 5323,982 | 182,783 | 100 |
| Склад | м 3 / год | кг / год | кмоль / год | % (Об.) |
| HNO 3 | 129,36 | 363,825 | 2,05 | 39,99 |
| H 2 O | 679,17 | 545,76 | 37,73 | 60,01 |
| Всього | 808,53 | 909,585 | 39,78 | 100 |
Таблиця 4.
| ПАРАФІЯ | ВИТРАТА | ||||||||
| В-во | м 3 / год | кг / год | кмоль / год | % (Об.) | В-во | м 3 / год | кг / год | кмоль / год | % (Об.) |
| NO | 100 | 133,8 | 4,46 | 2 | NO | 99,904 | 133,8 | 4,46 | 2,01 |
| NO 2 | 417,5 | 857,44 | 18,64 | 8,35 | NO 2 | 288,176 | 591,79 | 12,865 | 5,78 |
| O 2 | 96 | 137,152 | 4,286 | 1,92 | O 2 | 63,661 | 90,944 | 2,842 | 1,28 |
| N 2 | 3540 | 4425,01 | 158,036 | 70,80 | N 2 | 3540,01 | 4425,01 | 158,04 | 71,06 |
| H 2 O | 846,5 | 680,22 | 37,79 | 16,93 | H 2 O | 102,592 | 82,44 | 4,58 | 2,06 |
| H 2 O конд-ат | 679,17 | 545,76 | 37,73 | 16,96 | |||||
| HNO 3 конд-ат | 129,36 | 363,825 | 2,05 | 0,92 | |||||
| Всього | 5000 | 6233,62 | 223,212 | 100 | Всього | 4902,873 | 6233,57 | 222,39 | 100 |
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, єС.
Знаходимо середню теплоємність компонентів нитрозного газу за формулами:
Таблиця 3. Середня теплоємність нитрозного газу
| Компоненти | Теплоємність, |
| NО | 30,53 |
| N 2 | 29,44 |
| NO 2 | 39,86 |
| O 2 | 29,78 |
| H 2 O | 34,15 |
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 =
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, єС.
Таблиця 3. Середня теплоємність нитрозного газу
| Компоненти | Теплоємність, |
| NО | 30,12 |
| N 2 | 29,18 |
| NO 2 | 37,09 |
| O 2 | 28,45 |
| H 2 O | 33,59 |
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 =
[3,041 - теплоємність 40%-ної HNO 3 при 40 єС, 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
| ПАРАФІЯ | ВИТРАТА | ||||
| Потік | кВт | % | Потік | кВт | % |
| Q 1 | 308,89 | 37,77 | Q 5 | 60,64 | 7,41 |
| Q 2 | 433,85 | 53,05 | Q 6 | 30,73 | 3,76 |
| Q 3 | 29,52 | 3,61 | Q 7 | 726,45 | 88,83 |
| Q 4 | 45,56 | 5,57 | |||
| Всього | 817,82 | 100 | Всього | 817,82 | 100 |