Производство неконцентрированной азотной кислоты (стр. 4 из 9)
где t1-температура нитрозного газа на входе в аппарат,
t2- температура нитрозного газа на выходе из аппарата,
Свободный объем [1, 4]:
где Dв- внутренний диаметр трубок, м;
L-длина трубного пространства, м;
n-количество трубок, шт;
Объемная скорость нитрозного газа:
Wс =
=45,77нм3/с;где 380000-мощность производства по проекту, т100%HNO3 /г; 330 рабочих дней в году; 24 часа в сутках.
Время пребывания газа в окислителе:[4]
Определяем степень окисления NO (α).Находим:
; 
;По справочным данным К при 94,2
[3]Тогда
где К-константа скорости реакции, а-начальная концентрация NO, мольн. доли,
-общее давление, атм.По номограмме В.А. Каржавина [3] определяем практическую степень окисления оксида азота: x=0,47.
Степень приближения практической степени превращения к равновесной:
99,81%x 47% x=
x=47%Определяем практический состав газа.
Окисляется монооксида азота:
;Остается:
;Расходуется кислорода:
;Остается кислорода:
;Содержание NO2 в нитрозном газе на выходе из аппарата:
241,01+55,01=296,02.
Таблица 3.2
Материальный баланс процесса окисления NO в NO2 в холодильнике-конденсаторе
| Приход | Расход | ||||||||
| Компонентный состав | нм3/т | % | кг/т | % | Компонентный состав | нм3/т | % | кг/т | % |
| NO | 117,05 | 3,09 | 223,62 | 5,61 | NO | 62,04 | 1,65 | 248,35 | 6,23 |
| NO2 | 241,01 | 6,36 | 148,55 | 3,73 | NO2 | 296,02 | 7,88 | 161,23 | 4,05 |
| O2 | 135,19 | 3,57 | 186,37 | 4,68 | O2 | 104,17 | 2,77 | 148,96 | 3,74 |
| N2 | 2691,38 | 71,03 | 3364,23 | 84,44 | N2 | 2691,38 | 71,61 | 3364,23 | 84,44 |
| H2O | 604,54 | 15,95 | 61,44 | 1,54 | H2O | 604,54 | 16,09 | 61,44 | 1,54 |
| Всего: | 3789,17 | 100,00 | 3984,21 | 100,00 | Всего: | 3758,15 | 100,00 | 3984,21 | 100,00 |
Газ после окисления NO в NO2 имеет следующий состав:
| Компонентный состав | нм3/т | об.% | кг/т | кмоль/т | %масс. |
| NO | 62,04 | 1,65 | 248,35 | 8,28 | 6,23 |
| NO2 | 296,02 | 7,88 | 161,23 | 3,51 | 4,05 |
| O2 | 104,17 | 2,77 | 148,96 | 4,66 | 3,74 |
| N2 | 2691,38 | 71,61 | 3364,23 | 120,11 | 84,4 |
| H2O | 604,54 | 16,09 | 61,44 | 3,41 | 1,54 |
| Всего: | 3758,15 | 100 | 3984,21 | 140,02 | 100 |
Выразим парциальное давление паров воды через общее давление и концентрацию:
PH2O=Pобщ
;Тогда
;Процесс в холодильнике-конденсаторе происходит при следующих условиях:
-концентрация HNO3 60-65%масс.;
-температура 60-65°C.
Упругость паров воды над 65-% кислотой при 65°С 54,5мм.рт.ст. [3].
Принимаем, что на выходе из холодильника-конденсатора нитрозные газы содержат Х паров воды, тогда
PH2O=54,5мм.рт.ст.
Pобщ = 0,36 МПа;
1мм.рт.ст.-133,3Па
Х-0,36
106 Па Х= 
=2700,07мм.рт.ст; 
; Х= 2,81кмоль/т153,15- количество газа, прошедшее через холодильник- конденсатор в кмоль/т;
1,95-количество водяных паров на входе в холодильник-конденсатор.
Конденсируется паров воды:
кмоль/т или 10,8 кг/т;В этом количестве воды будет растворено У кг/т моногидрата азотной кислоты с образованием 65-% кислоты (3.4), тогда можно записать, что
, тогда У=15,85кг/т.Остается воды:
кг/т;Х1 10,8 15,85 Х2
3NO2+H2O=2HNO3+NO (3.4)
3
18 2 
30ОтсюдаХ1=17,35кг/т;
Остается оксида азота (IV):
кг/т;Х2=3,77кг/т;
Остается оксида азота (II):
кг/т;Количество сконденсировавшейся азотной кислоты:
15,85кг/т-65%
mвсего-100% mвсего=24,38кг/т;
Таблица 3.3
Состав газа после процесса конденсации
| Компонентный состав | нм3/т | % об | кг/т | % масс | кмоль/т |
| I.Нитрозный газ, в т.ч. | 3117,2 | 100,00 | 3959,83 | 100,00 | 139,21 |
| NO | 169,69 | 5,44 | 227,39 | 5,74 | 7,58 |
| NO2 | 62,47 | 2,00 | 131,2 | 3,31 | 2,85 |
| O2 | 130,33 | 4,18 | 186,37 | 4,70 | 5,82 |
| N2 | 2691,38 | 86,33 | 3364,23 | 84,96 | 120,15 |
| H2O | 63,33 | 2,03 | 50,64 | 1,28 | 2,81 |
| II.Азотная кислота в т.ч. | 16,3 | 100,00 | 24,38 | 100,00 | 0,72 |
| а)HNO3(100%) | 5,64 | 34,6 | 15,85 | 65,01 | 0,25 |
| б)H2O | 10,66 | 65,39 | 8,53 | 34,99 | 0,470 |
| Всего: | 3984,21 |
Таблица 3.4.
Материальный баланс холодильника-конденсатора нитрозных газов.
| Приход | Расход | ||||||||
| Компонентный состав | нм3/т | %об. | кг/т | % масс. | Компонентный состав | нм3/т | % об. | кг/т | % масс. |
| I.Нитрозный газ, в т.ч. | I.Нитрозный газ, в т.ч. | 3117,2 | 100,00 | 3959,83 | 100,00 | ||||
| NO | 117,05 | 3,09 | 223,62 | 5,61 | NO | 169,69 | 5,44 | 227,39 | 5,74 |
| NO2 | 241,01 | 6,36 | 148,55 | 3,73 | NO2 | 62,47 | 2,00 | 131,2 | 3,31 |
| O2 | 135,19 | 3,57 | 186,37 | 4,68 | O2 | 130,33 | 4,18 | 186,37 | 4,70 |
| N2 | 2691,38 | 71,03 | 3364,23 | 84,44 | N2 | 2691,38 | 86,33 | 3364,23 | 84,96 |
| H2O | 604,54 | 15,95 | 61,44 | 1,54 | H2O | 63,33 | 2,03 | 50,64 | 2,81 |
| Всего: | 3789,17 | 100,00 | 3984,21 | 100,00 | II.Азотная кислота в т.ч. | 24,38 | 100,00 | ||
| а)HNO3(100%) | 15,85 | 65,01 | |||||||
| б)H2O | 8,53 | 34,99 | |||||||
| Всего: | 3984,21 | ||||||||
3.3.2 Расчет тепловых процессов
Целью теплового расчета является определение количества воды, необходимой для охлаждения нитрозного газа при данных условиях.
Исходные данные:
-температура нитрозных газов на входе в холодильник, 0С 130
-температура нитрозных газов на выходе из холодильника, 0С 65
-температура охлаждающей воды , 0С 40
Температурные ряды и теплоты образования веществ, участвующих в процессе.
| Соединение | Температурный ряд | Энтальпия,кДж/моль | ||
| A | b | c’ | ||
| O2 | 31,46 | 3,39  | -3,37  | 0 |
| N2 | 27,87 | 4,27 | 0 | 0 |
| H2O | 30 | 10,71 | 0,33 | -241,84 |
| NO | 29,58 | 3,85 | -0,59 | 90,37 |
| NO2 | 42,93 | 8,54 | -6,74 | 33,89 |
Тепловой баланс холодильника-конденсатора
Тепловой баланс холодильника-конденсатора имеет следующий вид:
Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q1’+Q2’+Q3’+Q4’,
где Q1-тепло, вносимое нитрозным газом;
Q2-тепло окисления монооксида азота в диоксид;