Курсовой проект состоит из графической части схема производства hno (стр. 5 из 6)

2NО + H₂O + 1,5O₂ = 2НNО₃

И составляет:

36,16 · 1,5 · 0,5 = 27,12 моль

Количество добавочного кислорода, необходимого для получения кислоты:

27,12 – 21,1 = 6,02 моль

Количество азота воздуха, вводимого с этим количеством кислорода:

моль

Если содержание избыточного кислорода в отходящих газах равно 2,5 % то вместе с ним выводится N₂ в количестве:

Содержание паров воды в выхлопных газах при 30 ºС:

где 31,5 – парциальное давление паров воды мм рт. ст.

Таким образом, общее количество выхлопных газов:

х = 0,74 + 0,025х + 0,0052х + 256,6 + 22,6 + 0,094х

х = 319,6 моль

Из них на долю избыточного кислорода приходится

319,6 · 0,025 = 7,99 моль

а на долю избыточного азота

319,6 · 0,094 = 30 моль

Общее количество воздуха, вводимого в колонну (в моль):

O₂ 6,02 + 7,99 = 14,1

N₂ 22,6 + 30 = 52,6

Всего 66,61

Количество паров воды в выхлопных газах равно

319,6 · 0,0052 = 1,66 моль

Состав выхлопных газов:

Кмоль объемн,%

NО 0,74 0,23

O₂ 7,99 2,55

N₂ 309,21 96,7

Н₂О 1,66 0,52

Всего 319,6 100,0

Количество воды, необходимой для образования 100 %-ной HNO₃ :

3NО₂ + H₂O = 2НNО₃ + NO

равно:

36,16 · 0,5 = 18,08 моль

С учетом влажности газа и количества реакционной воды в колонну следует вводить следующее количество воды:

18,08 + 99,44 + 1,66 – 57 = 62,18 моль

1. Расчет процесса абсорбции по тарелкам. Количество газа поступающего в первую царгу колонны вместе с добавочным воздухом:

Кмоль объемн,%

NО 4,2 1,25

NО₂ 1,55 0,46

O₂6,55 + 14,01 = 20,53 6,15

Н₂О 0,8 0,24

N₂ 309,21 91,9

Всего 336,29 100,0

Объемная скорость газа w при 30ºс и 3,0 ат (с учетом снижения давления на 0,5 ат в предыдущих аппаратах):

м³/сек

Принимая линейную скорость газа v в свободном объеме равной 0,5 м/сек, найдем площадь сечения абсорбционной колонны:

м²

Диаметр колонны составит:

Примем высоту окислительного пространства под первой тарелкой 0,6 м, тогда продолжительность пребывания в нем газа составит 2 сек (в практических условиях принимают продолжительность пребывания газа для первой тарелки в 2-3 раза больше).

Степень окиси азота определяют по уравнению:

Отсюда α = 0,33

После окисления окиси азота состав газа будет следующим (в моль):

NО (1 – 0,33) · 4,2 = 2,8

NО₂ 0,33 ·4,2 + 1,55 = 2,9

O₂20,53 - 0,5 · 0,33 · 4,2 = 19,8

Количество газа поступающего в первую тарелку, будет равно:

NO NO₂+2H₂O₄ O₂ H₂O N₂ Всего

Количество, моль 2,8 2,9 19,8 0,8 309,21 335,51

Давление, ат 0,024 0,16 - - - Р_общ=3ат

Находим парциальное давление двуокиси азота РNO₂ в момент установления равновесия при соприкосновении газа с жидкостью на первой тарелке по уравнению:

Значение К₁ для 56%-ной НNO₃ (при 30ºС) равно 50.

Значение К находится по формуле:

К =0,192

Тогда

Следовательно

ат

Парциальное давление окислов азота в состоянии равновесия

ат

Начальное парциальное давление окислов азота

Р_н = а + b + 2с = 0,024 + 0,16 = 0,184

Уменьшение парциального давления окислов азота вследствие их частичного превращения в азотную кислоту составит:

R_теор = Р_н – Р_к = 0,184 – 0,180 = 0,004 ат

Рассчитаем КПД тарелки или коэффициент достижения равновесия:

с = а + КСHNO₃ + 0,0041 р^1,85 + 0,067h – 0,002t – 0,43w

K = 0,0071 + 2 · 10^{– 4}p – 0,015w

или

K = 0,0071 + 2 · 10^{– 4} · 3 – 0,015 · 0,3 = 0,0032

Примем, что диаметр отверстий в ситчатых тарелках равен 1,5 мм, а площадь свободного их сечения 4%, тогда

lg α = - 0,35 – 0,01S – 0,357 lg d

lg α = - 0,35 – 0,01 · 4,0 – 0,357 · lg 1,5

α = 0,355

Расстояние между следующей тарелкой и слоем кислоты, находящейся на тарелке, равно 0,5 м, температура кислоты 30 ºС и концентрация продукционной кислоты 56%. В этом случае:

c = 0,355 + 0,0041 · 56 + 0,0041 · 3^1,85 + 0,067 · 0,5 – 0,002 · 30 – 0,43 · 0,3 = 0,24

Практически уменьшение парциального давления окислов азота с учетом того, что равновесие не достигается, равно:

R_практ = R_теор с = 0,004 ·0,24 = 0,00096 ат

Количество окислов азота, превращенных в азотную кислоту, может быть вычисленно по формуле:

моль

где Q – количество окислов азота в поступающем газе, моль.

На образование кислоты по реакции

3NО₂ + H₂O = 2НNО₃ + NO

израсходовано двуокиси азота:

1,5f = 1,5 · 0,65 = 0,975 моль

При этом регенерировалось окиси азота:

1,5f = 0,5 · 0,65 = 0,325 моль

После первой тарелки в газе содержится:

2,8 + 0,325 = 3,125 моль NO

Тогда состав газа после абсорбции на первой тарелке будет следующим:

NО 3,125

NО₂ (2,9 - 0,975) 1,925

O₂ 19,8

Н₂О 0,8

N₂ 309,21

Всего 334,86

Толщина стенки рассчитывается по формуле

S = S_P + C

где С – прибавка на коррозию; С = 0,05 мм

где Р – рабочее давление; Р = 3,5 ат = 0,35 МПа

D – диаметр аппарата; D = 18 м = 1800 мм

[δ] – допустимое напряжение, МПа

φр – коэффициент ослабления за счет сваривания швов (φр = от 0,65 до 1,0)

3. Технико-экономическое обоснование проекта

4. Охрана труда

В производстве азотной кислоты применяются аммиак, оксиды азота, серная кислота, сода, кислород и другие продукты, как в чистом виде, так и в виде различных смесей. Многие из них обладают токсическими свойствами или образуют огнеопасные или взрывоопасные смеси. Например, в атмосфере газообразного кислорода возможно самовозгорание органических веществ или материалов. Жидкий аммиак, азотная серная кислоты оказывают обжигающее действие, особенно при попадании на слизистые оболочки глаз.

В таблице 4.1 приведены основные физико-химические и токсические свойства веществ, используемых в производстве азотной кислоты.

Таблица 4.1 - Основные свойства веществ, используемых в производстве азотной кислоты

Показатели	NO	NO₂	HNO₃	H₂SO₄	NH₃
Физические свойства при 0ºС и 760 мм рт.ст.	Безцветный газ	Красно-бурый газ с резким запахом	Бесцветная жидкость	Масляни-стая жидкость	Безцветный горючий газ с резким запахом
Молекулярная масса	30,01	46,01	63,02	98,09	17,03
Относительная плотность по воде или воздуху	1,037	1,49	1,5	1,84	0,597
Температура, ºС плавления кипения	-163,7 -151,8	-11,0 21,3	-41,0 86,0	10,45 336,5	-78 -33,4
Токсические свойства	Вызывает общую слабость, головокружение, тошноту			Раздражает слизистые оболочки верхних дыхатель-ных путей	Высокие концентра-ции вызы-вают ост-рое раздра-жение сли-зистых обо лочек, сле- зоточение, удушье
Токсические свойства	При попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги

Продолжение таблицы 4.1

Предельно допустимая концентрация в возду-хе рабочих помещений, мг/м³	5	5	5	2	20
	(в пересчете на N₂O₅)
Пределы взрываемос-ти с воздухом, %	Не взрывается				15,5-27,0
Марка применяемого противогаза	В	В	В	В	КД

В отделение конверсии аммиака при увеличении концентрации NH₃ в смеси его с воздухом в зоне катализатора могут происходить взрывы, оказывающие разрушающее действие на аппаратуру. При перегреве котла-утилизатора, недостатке воды или чрезмерном повышении в нем давления аппарат может разорваться.

В улитках и на лопатках нитрозных вентиляторов, устанавливаемых перед адсорбционными (поглотительными), башнями иногда наблюдается отложение аммонитных солей азотной и азотистой кислоты. Образование и накопление этих солей происходит при затяжном пуске конвертора, когда возможен проскок аммиака через катализатор, последующее его взаимодействие с оксидами азота и получение аммонитных солей. Соприкосновение вращающихся частей ротора с отложениями солей на статоре вентилятора может привести к взрыву.

При обработке жидких оксидов азота кислородом в автоклаве в случае попадания в него масла из редуктора мешалки либо в результате неаккуратно сделанного ремонта аппарата может произойти взрыв. Кроме того, при случайном попадании в жидкие оксиды азота масла (или дихлорэтана, применяемого иногда для обезжиривания деталей) может образоваться смесь, способная взрываться при трении.