Регенерация азотной и серной кислоты
|NO2 |13,5 |6,87 |
|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 |
|кислота | | | | | |
|50% HNO3
| |  скачать работу |
Регенерация азотной и серной кислоты |
