Регенерация азотной и серной кислоты
|Теплота разложения|5372,14 |
| | |С продуктами |171,08 |
| | |разложения | |
| | |Теплота |1446439,52 |
| | |дегидратации | |
| | |Потери в |63594,43 |
| | |окружающую среду | |
|Всего: |9041042,68 |Всего: |9041042,68 |
3. Технико-технологическая часть
3.1. Выбор и расчет производительности основного и вспомогательного
оборудования технологической схемы
Исходя из заданной производительности проектируемого производства по
готовой продукции (98% HNO3) определяем суточную и часовую
производительность основного аппарата цеха-колонны ГБХ.
Псут=[pic], где
Пгод-10000 т/год
n – время на ремонт и простои оборудования
Псут=[pic]=29,85 т/сут
Пчас=[pic]=1,24 т/час
При отгонке концентрированной HNO3 определенного состава расход
безводной H2SO4 зависит от массовой доли H2SO4 в разбавленной HNO3, при
этом расход H2SO4 будет тем больше, чем сильнее разбавлена HNO3. Для одной
и той же исходной разбавленнной HNO3 удельный расход H2SO4 обратно
пропорционален ее степени концентрации. В соответствии с расчетом по
треугольным диаграммам (услович – Температура кипения смеси на палках) при
массовой доле HNO3 48-50% и технической H2SO4 91-92% соотношение HNO3:H2SO4
составляет 1:32 при исходной HNO3 50% и H2SO4 92%. Исходя из сказанного
выше, годовая производительность по H2SO4 будет равна 32000 т/год.
[pic]=[pic]
Рассчитаем суточную и часовую производительность вихревой колонны:
Псут=[pic]=95.52 т/сут
Пчас=[pic]=3,98 т/час
3.2 Расчет количества аппаратов
n=[pic]
Пгод – годовая производительность
Пчас – часовая производительность
КИО – коэффициент использования оборудования
Тэф – эффективный фонд времени работы аппарата, ч
Денитрационная колонна ГБХ
Тэф=8040 час/год
КИО=0,95
Пгод=10000 т/год
Пчас=1,24 т/час
n=[pic]=1.1 шт
Выбираем 1 аппарат
Вихревая колонна
Тэф=8040 ч/год
КИО=0,9
Пгод=32000 т/год
Пчас=3,98 т/час
n=[pic]=1.1 шт
Выбираем 1 аппарат
Абсорбер для улова паров азотной кислоты и окислов азота:
Тэф=8760-1404 =7365 ч
КИО=0,86
Пгод=5337000 т/год
Пчас=5337000/7356 =725,5 т/час
n=[pic]=3,8 шт
Выбираем 4 абсорбера
4. Конструктивно-механические расчеты
4.1 Расчет числа ступеней контакта фаз концентратора [5]
Определение числа ступеней концентратора серной кислоты при
концентрировании от 70% масс до 91-92% масс H2SO4 проводим аналитическим
методом. При нагреве серной кислоты до 260-280 ОС продукционную 92% H2SO4
можно получить в одной ступени. Однако при этом содержание серной кислоты в
парах достигает 30-50 г/м3 , что приводит к значительному газовому выбросу.
Для уменьшения содержания в парах, серную кислоту концентрируют в 2-3
ступенчатых аппаратах, однако, если при этом пересыщение паров H2SO4 во
второй ступени превышает критическое значение более, чем в 30 раз:
Sкр>[pic]=3,3, то происходит образование тумана серной кислоты.
Концентрация кислот во второй ступени для работы концентратора в режиме без
образования тумана серной кислоты должна составлять 85-90% масс,
температура 240 ОС.
Аналитическое определение числа ступеней, концентрации и температур
H2SO4 на ступенях концентратора, работающего без образования тумана,
представлено в таблице .
Таблица №18 - Число ступеней, концентрации и температуры серной
кислоты на ступенях концентратора.
| |Ступени концентратора |
| |1 |2 |3 |4 |5 |
| | | | | | |
|1. Температура газа, ОС | | | | | |
|на входе |850 |230 |210 |190 |175 |
|на выходе |230 |210 |190 |175 |160 |
|2. Концентрация H2SO4, % | | | | | |
|на входе |88 |84 |80 |75 |70 |
|на выходе |92 |88 |84 |80 |75 |
|3. Температура H2SO4, ОС |220 |200 |180 |165 |150 |
|Давление насыщенных паров H2SO4, | | | | | |
|Па | | | | | |
|на входе |200 |56 |16 |2,2 |0,47 |
|на выходе |960 |200 |56 |16 |2,2 |
|5. Пересыщение, S | |4,8 |3,57 |3,5 |7,3 |
|6. Критическое состояние, Sкр | |4,5 |6 |7,1 |12,27 |
|7. Отношение: S : Sкр | |1,07 |0,6 |0,5 |0,6 |
Принимая равными эффективности ступеней вихревой колонны по
температуре, массоотдаче в газовой и жидкой фазах для процессов десорбции
паров воды и абсорбции паров серной кислоты, задаемся распределением
концентрации (xi) и температур (ti) серной кислоты.
Таблица №19
| |Ступени концентратора |
| |1 |2 |3 |4 |5 |
| | | | | | |
|1. Температура газа, ОС | | | | | |
|на входе |850 |250 |210 |190 |175 |
|на выходе |250 |210 |190 |175 |170 |
|2. Концентрация H2SO4, % масс. | | | | | |
|на входе |89 |85 |81 |76 |70 |
|на выходе |92 |89 |85 |81 |76 |
|3. Давление насыщенных паров H2SO4, | | | | | |
|Па | | | | | |
|на входе |250 |56 |16 |2,2 |0,47 |
|на выходе |980 |250 |56 |16 |2,2 |
|4. Пересыщение, S |3,8 |4,5 |3,5 |7,3 | |
|5. Критическое пересыщение, Sкр |4,3 |6 |7,1 |12,27 | |
|6. Отношение: S : Sкр |0,88 |0,75 |0,49 |0,59 | |
|7. Брызгоунос на 1 кг подаваемой на |0,319 |0,318 |0,317 |- |- |
|ступень кислоты | | | | | |
1. Определяем расходы СК на ступенях вихревой колонны
[Li, (i=1-5)]
Li=Li+1*[pic], кг/час
Количество слабой H2SO4, поступающей в колонну (из материального
баланса) составляет:
L6= 7654.9 кг, температура кислоты t6=150 ОС, концентрация C6=70%,
[pic]=1,494 т/м3
Количество серной кислоты, поступающей из пятой на четвертую ступень:
L5=[pic][pic]=7654.9*0.7/0.75=7143 кг/ч (4687,5 м3 /ч)
X5=0,75; t5=165 ОС, [pic]=1,524 т/м3
Количество СК, поступающей из четвертой на третью ступень:
L4=[pic][pic]=7143*0.75/0.8=6696.6 кг/ч (4273.49 м3 /ч)
X4=0,8; t4=180 ОС, [pic]=1,567 т/м3
Количество СК, поступающей из третьей на вторую ступень:
L3=[pic][pic]=6696,6*0.8/0,84=6377,7 кг/ч (4059,6 м3 /ч)
X3=0,84; t3=200 ОС, [pic]=1,571 т/м3
Количество СК, поступающей из второй на первую ступень:
L2=[pic][pic]=6377,7*0.84/0,88=6087,8 кг/ч (3848 м3 /ч)
X2=0,88; t2=220 ОС, [pic]=1,582 т/м3
Количество продукционной СК, выходящей из первой ступени:
L1 =[pic][pic]=6087,8*0.88/0,92=5823,1 кг/ч (3653,14 м3 /ч)
X1=0,92; t1=250 ОС, [pic]=1,594 т/м3
По уравнению и табличным значениям (таблица №19 ) определяем
равновесные концентрации паров серной кислоты на ступенях колонны:
[pic], Па
Рассчитываем значения пересыщения паров H2SO4 на ступенях колонны:
S=yi-1/yi; i = 2-5
По уравнению [pic][5]
Рассчитываем значения критического пересыщения паров H2SO4 на ступенях
колонны Sкр-Sкр5
Определяем соотношения Si/ Sкрi на ступенях колонны. При
Si/Sкрi [pic]1 происходит образование тумана H2SO4, а при Si/Sкрi <1 –
туман не образуется.
Для ступеней колонны, в которых Si/Sкрi [pic]1 из графоаналитического
определения числа ступеней концентратора определяем концентрации и
температуры серной кислоты, позволяющие достичь Si/Sкрi <1. Значения
концентраций (хi) и температур (ti) СК на ступенях колонны в режиме ее
работы без образования тумана представлены в таблице 19.
Количество СК, поступающей на ступень из нижележащей ступени в виде
брызгоуноса, необходимое для получения концентрации (хi), при котором
соблюдается условие безтуманной работы ступеней: Si/Sкрi <1. определяется
по выражению:
1. Для второй ступени:
[pic]кг/ч
Для третьей ступени:
[pic]кг/ч
Для четвертой ступени:
[pic]кг/ч
2. Определяем относительный брызгоунос серной кислоты со ступени:
С первой ступени:
[pic] кг/ч
Со второй ступени:
[pic] кг/ч
С третьей ступени:
[pic] кг/ч
Расход топочных газов, поступающих при t=900 ОС на первую ступень
составляет G1=8934 м3 /ч (состав газа после топки).
2 Гидродинамический расчет
1 Расчет первой по ходу газового потока ступеней контакта фаз [5]
1. Односопловое вихревое контактное устройство
2. Вторая ступень контакта фаз
3. Вертикальный канал входа топочных газов
4. Горизонтальный канал
1. Площадь отверстия входа топочны
| |  скачать работу |
Регенерация азотной и серной кислоты |
