4035

40

Снижение давления против 300 атм происходит за счет сопротивления, оказываемого системой, так как циркуляционный компрессор установлен после конденсационной колонны.

5) Эффективное давление в колонне находим по уравнению

Рэф = 1Р(1-1син)2 (1-1сNH3) = 300(1-0,070)2 (1–0,0308) = 252 атм,

где 1син – суммарное содержание аргона и метана в газе – в объемных долях.

6)При 300 атм и 500 ÁС равновесная концентрация аммиака 26,44 %, а при 252 атм она равна 22,64 % (экспериментальные данные).

7)Поправочный коэффициент на снижение эффективного давления

22,64 / 26,44 = 0,856.

8) Концентрация аммиака на выходе из колонны с учетом поправочного коэффициента

2сNH3 = 21,5 . 0,856 = 18,40 %.

9) Пусть из 1 нм3 поступающего газа получается х моль аммиака.

Если в поступающих газах содержится 1сNH3 объем. % аммиака, 1сН2 % водорода, 1сN2 азота, то при образовании х моль аммиака, согласно реакции 3Н2 + N2 ↔ 2NH3, объем азота уменьшится на

Объем водорода соответственно уменьшится на

Объем аммиака увеличится на

41

х17,032 10 3 нм3 . 0,7710

Общий объем смеси после реакции

х 11,202 10 3 х 33,645 10 3 х 22,091 10 3 1 22,756 10 3 х нм3.

Вэтом объеме содержится

1 сNH 3 х 22,091 10 3 нм3 аммиака 100

Тогда общая концентрация аммиака в выходящем газе

43

аммиака

1υNH3 = 1υ .1cNH3 = 83919 .0,0308 = 2585 нм3, или 1993 кг,

водорода 1υН2 = 1υ.1сН2 = 83919 . 0,6748 = 56629 нм3, или 5090 кг,

азота

1υN2 = 1υ.1сN2 = 83919 . 0,2244 = 18831 нм3, или 23549 кг, аргона

1υАr = 1υ.1сАr = 83919 . 0,307 = 2576 нм3, или 4995 кг, метана

1υСН4 = 1υ.1сСН4 = 83919 . 0,0393 = 3298 нм3, или 2364 кг. Общая масса газов 37591 кг.

12) Состав газовой смеси после колонны синтеза. По условию в колонне синтеза образуется 8333 кг, или 10808 нм3, аммиака соответственно расходуется по реакции 6853 кг, или 5480 нм3, азота – 1480 кг, или 16461 нм3 водорода. В газовой смеси на выходе из колонны содержится:

аммиака 1993 + 8333 = 10326 кг, или 2585 + 10808 = 13393 нм3,

водорода 5090 – 1480 = 3610 кг, или 56629 – 16461 = 40168 нм3,

азота 23549 – 6853 = 16696 кг, или 18831 – 5480 = 13351 нм3,

аргона

4595 кг, или 2576 нм3,

метана

2364 кг, или 3298 нм3. Общий объем газовой смеси 72786 нм3.

Сводный материальный баланс контактного аппарата

44

3. Материальный расчет контактного аппарата производства неконцентрированной азотной кислоты [13]

Остаточное давление 101325 – 2500 = 98825 н/м2,

где 101325 – нормальное барометрическое давление, н/м2.

Следовательно, сН2О = 100 . 4520 / 98825 = 4,57 % (по объему).

2) Количество аммиачно-воздушной смеси, поступающей на окисление:

45

В этом количестве аммиачно-воздушной смеси содержится воздуха

υв = υNH3+в – υNH3 = 18847,4 – 2073,1 = 16774,3 нм3/ч.

3)Состав воздуха, поступающего на окисление аммиака: а) количество водяных паров

б) количество кислорода

υО2 = (υв – υН2О) сО2 = (16774,3 – 766,6) = 3345,4 нм3/ч, где υО2 – содержание кислорода в атмосферном воздухе, равное

0,209 объемной доли,

в) количество азота

υN2 = υв – (υН2О + υО2) = 16774,3 – (766,6 + 3345,4) = 12662,3 нм3/ч.

4) Состав нитрозных газов, образующихся в результате окисления аммиака. Основные реакции, протекающие в контактном аппарате:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 904,80 кДж,

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1266,28 кДж.

По условию по первой реакции окисляется 97,5 % NH3, по второй – 2,5 %. Состав нитрозных газов определяется стехиометрическими соотношениями в этих реакциях:

а) количество образующегося оксида азота (по первой реак-

ции)

υNO = υNH3 . ηк = 2073,1 . 0,975 = 2021,6 нм3/ч;

б) количество образующегося азота (по второй реакции) Всего азота в нитрозных газах

12662,3 + 25,8 = 12688,1 нм3/ч;

46

в) количество образующихся водяных паров (по первой и второй реакциям)

Всего получится водяных паров в нитрозных газах

766,6 + 3109,7 = 386,3 нм3/ч;

г) количество расходуемого кислорода: по первой реакции

Всего остается кислорода в нитрозных газах 3345,45 – (2526,7 + 39,2) = 779,5 нм3/ч.

Сводный материальный баланс контактного аппарата

Тепло, выделяющееся при окислении аммиака по первой реакции,

где 904800 кДж/кмоль – теплота первой реакции.

Тепло, выделяющееся при окислении аммиака по второй реакции:

где 1266280 кДж/кмоль – теплота второй реакции. Общее количество выделившегося тепла

ΣQ = 20380000 + 731000 = 21111000 кДж/ч.

Теоретическая температура на сетке

t Q q ,

m н.г. cн.г.

где Σq – тепло, приносимое с аммиачно-воздушной смесью, кДж/ч;

mн.г. – количество нитрозных газов, равное 22797,6 кг/ч;

48

сн.г. – средняя теплоемкость нитрозных газов в интервале 0–800Å, рассчитанная по теплоемкости отдельных компонентов; она равна 1,223 кДж/кг град.

qNH3 = mNH3 . cNH3 . tсм = 1573,6 . 2,160 . 70 = 238000 кДж/ч,

qВ = mВ . cВ . tсм = 21224 . 1,008 . 70 = 1490000 кДж/ч,

Σq = qNH3 + qВ = 238000 + 1490000 = 1728000 кДж/ч.

Теоретическая температура на сетке при начальной температуре аммиачно-воздушной смеси 70 ÅС составит

t 21111000 1728000 819 C . 22797,6 1,223

Температура газа на выходе из контактного аппарата

21111000 1728000 1,00 0,03 794 C . 22797,6 1,223

Принимается, что 3 % тепла теряется в окружающую среду. Количество пара, получаемого в котле-утилизаторе. Нитро-

зные газы из контактного аппарата с температурой 794 ÅС поступают в котел-утилизатор, в котором за счет тепла нитрозных газов образуется пар давлением 25 . 105 н/м2. Нитрозные газы при этом охлаждаются до 250 ÅС.

Количество тепла, поступающего в котел-утилизатор с нит-

розными газами:

Q1 = mн.г. . сн.г. . t,

где mн.г – количество нитрозных газов, равное 22797,6 кг/ч;

сн.г. – средняя теплоемкость нитрозных газов, рассчитанная в интервале 0 – 800 ÅС по теплоемкости отдельных компонентов:

49

с 2708,7 1,062 1113,8 1,017 15859,8 1,100 3115,3 2,064 н.г. 22797,6

1,223 кДж / кг град

Q1 = 22797,6 . 1,223 . 794 = 22140000 кДж/ч.

Количество тепла, уходящее с нитрозными газами:

Q2 = mн.г.сн.г.t.

Средняя теплоемкость нитрозных газов, уходящих из котла утилизатора, подсчитывается для температуры 250 ÅС:

с 2708,7 1,004 1113,8 0,944 15859,8 1,049 3115,3 1,900 н.г. 22797,6

1,154 кДж / кг град .

Q2 = 22797,6 . 1,154 . 250 = 6580000 кДж/ч.

Количество тепла, расходуемое на образование пара:

Q3 = Q1 – Q2 = 22140000 – 6580000 = 15560000 кДж/ч.

Образуется перегретого пара давлением 25 105 н/м2 при 250 ÅС

m 15560000 5570 кг / ч, пар 2880 86

где 2880 – энтальпия пара, кДж/кг; 86 – энтальпия питающей воды, кДж/кг.

Количество пара, получаемого на 100 кг моногидрата HNO3:

5570 1000 995 кг.

5600