Азотная кислота
Степень абсорбции оксидов азота достигает 99%. Выходящие из колонны хвостовые газы с содержанием оксидов азота до 0,11% при температуре 35 єС проходят подогреватель 11, где нагреваются до 110–145 єС и поступают в топочное устройство (камера сжигания 3 установки каталитической очитски. Здесь газы нагреваются до температуры 390–450 єС за счет горения природного газа, подогретого предварительно в подогревателе 4, и направляются в реактор с двухслойным катализатором 2, где первым слоем служит оксид алюминия с нанесенным на него палладием, вторым слоем – оксид алюминия. Очистку осуществляют при 760 єС. Очищенные газы поступают в газовую турбину 17 при температуре 690–700 єС; энергия, вырабатываемая турбиной за счет теплоты хвостовых газов, используется для привода турбокомпрессора 18. Затем газы направляют в котел-утилизатор и экономайзер (на схеме не показаны) и выбрасывают в атмосферу. Содержание оксидов азота в очищенных выхлопных газах составляет 0,005–0,008%, содержание CO2 – 0,23%.
Расчет материального баланса ХТС.
Блок-схема
Рис.2. Структурная блок-схема производства азотной кислоты:
1 – блок подготовки сырья; 2 – блок окисления аммиака; 3 – блок абсорбции нитрозных газов.
Таблица 1
Составы потоков
| № потока | Индекс потока | Ед. измер. | Содержание компонентов | |||||
| NH3 | O2 | N2 | NO | H2O | HNO3 | |||
| 1 | 010 | кмоль | 100% | |||||
| 2 | 011 | кмоль | 21% | 79% | ||||
| 3 | 12 | кмоль | 10% | 18,9% | 71,1% | |||
| 4 | 23 | кмоль | Кмоль | кмоль | кмоль | кмоль | ||
| 5 | 030 | кмоль | кмоль | |||||
| 6 | 031 | кмоль | Кмоль | кмоль | ||||
| 7 | 301 | кг | 42% | 58% | ||||
| 8 | 302 | кмоль | 3,2% | кмоль | кмоль | 2,7% | ||
Уравнения материального баланса ХТС.
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + Q
4NH3 + 3O2 =2N2 + 6H2O + Q
2NO + 1.5O2 + H2O = 2HNO3 + Q
Уравнения для блока контактирования:
По оксиду азота:
По азоту:
По кислороду:
По воде:
Уравнения для блока абсорбции:
По оксиду азота:
По воде:
По кислороду:
Уравнение для потока выхлопных газов:
Подготовка уравнений для решения на ЭВМ.
Таблица 2
Соответствие переменных потокам
| Наименование потока | Условное обозначение | xi | Размерность | Значение по расчету |
| Аммиачно-воздушная смесь | N12 | x1 | кмоль | 415.33 |
| Оксид азота в потоке 23 | N23NO | x2 | кмоль | 40.29 |
| Азот в потоке 23 | N23N2 | x3 | кмоль | 295.92 |
| Кислород в потоке 23 | N23O2 | x4 | кмоль | 27. 20 |
| Вода в потоке 23 | N23Н2О | x5 | кмоль | 62.30 |
| Вода в блок 3 | N030 | х6 | кмоль | 68. 19 |
| Выхлопные газы | N302 | х7 | кмоль | 373.07 |
| Воздух в блок 3 | N031 | х8 | кмоль | 69.03 |
Таблица 3
Матрица коэффициентов
| № уравнения | bi при xi | Свободный член | |||||||
| х1 | х2 | х3 | х4 | х5 | х6 | х7 | х8 | ||
| 1 | 0,079 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0,713 | 0 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 0,187 | -1,25 | 0 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | -0,15 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 40,286 |
| 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | -0,027 | 0 | 120,416 |
| 7 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | -0,032 | 0,21 | 29,762 |
| 8 | 0 | -0,015 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0,941 | 0,79 | 0 |
Решаем систему с помощью электронных таблиц EXCEL матричным способом: умножая обратную матрицу на матрицу свободных членов.
Результаты расчета.
Таблица 4
Материальный баланс химико-технологической системы производства азотной кислоты на 2500 кг
| Введено | Получено | ||||
| Статья прихода | Масса, кг | % | Статья расхода | Масса, кг | % |
| Аммиак | 706,1 | 4,80 | 58% - ная азотная кислота: | 4310,3 | 29,31 |
| Воздух: | 12771,1 | 86,85 | Азотная кислота | 2500 | 17,00 |
| Кислород | 2975,8 | 20,24 | Вода | 1810,3 | 12,31 |
| Азот | 9795,3 | 66,61 | Выхлопные газы: | 10394,2 | 70,69 |
| Вода | 1227,4 | 8,35 | Оксид азота | 18,1 | 0,12 |
| Азот | 9812,7 | 66,73 | |||
| Кислород | 382,0 | 2,60 | |||
| Вода | 181,3 | 1,23 | |||
| Всего: | 14704,5 | 100 | Всего: | 14704,5 | 100 |
Поточная
диаграмма
материального
баланса
Масштаб: 1 см = кг
Расчет основных технологических показателей процесса
Расходные коэффициенты по сырью (аммиаку):
Теоретический расходный коэффициент:
Практический расходный коэффициент:
Конверсия аммиака.
(по условию).
Выход.
Селективность.
поскольку
степень превращения
равна 100%.
Список используемой литературы
Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. - М.: Высш. шк., 1990. – 520 с.
Мухлёнов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов Д.А. и др. Под ред. И.П. Мухлёнова. Общая химическая технология: учебник для химико-технологических специпльностей. Т.2. Важнейшие химические производства. - М.: Высш. шк., 1984. – 264 с.
Атрощенко В.И., Каргин С.И. Технология азотной кислоты. – М.: Химия, 1970. – 496 с.