Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Исходные данные для расчета
1. В холодильник-конденсатор поступает 5000 нм³/ч нитрозных газов.
2. Состав газа на входе, %об.: NO – 2, NO2 – 8,35, O2 – 1,92, N2 – 70,80, Н2О – 16,93.
3. Давление в системе 7,5 атм.
4. Степень превращения окислов азота при абсорбции – 0,98.
5. В расчете теплового баланса определить количество охлаждающей воды.
6. Температура нитрозного газа на входе в холодильник – конденсатор – 160ºС.
7. Температура нитрозного газа на выходе из холодильника–конденсатора – 40ºС.
8. Степень конденсации водяных паров – 90 %.
2. Материальный баланс холодильника-конденсатора
Цель материального баланса: определение состава нитрозного газа после холодильника-конденсатора.
Таблица 1. Состав нитрозных газов, поступающих в холодильник-конденсатор
Составм3/ч
кг/ч кмоль/ч % (об.) NO 100 133,8 4,46 2NO2
417,5 857,44 18,64 8,35O2
96 137,152 4,286 1,92N2
3540 4425,008 158,036 70,80H2O
846,5 680,22 37,79 16,93 Всего 5000 6233,62 223,212 100В холодильнике – конденсаторе образуется конденсат, содержащий 40%-ную HNO3 , что соответствует степени превращения окислов азота 25 %.
Условно пересчитываем окислы азота, содержащиеся в нитрозном газе, на NO2:
(NO+ NO2)=4,46+18,64=23,1 кмоль/ч
1. Количество конденсата.
Количество двуокиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит:
23,1*0,25=5,775 кмоль/ч
На образование азотной кислоты по реакции
4 NO2 + O2 +2Н2О = 4HNO3 - 73600 кДж
расходуется воды: 5,775 / 2 = 2,887 кмоль/ч.
Количество сконденсировавшейся воды x, пошедшей на образование 40%-ной HNO3 , можно вычислить по уравнению:
36382,5=14553+720x
x= 30,32 кмоль/ч
Всего сконденсировалось воды:
2,887 + 30,32 = 33,21 кмоль/ч
В газе осталось водяных паров:
37,79 – 33,21 =4,58 кмоль/ч
Количество образовавшейся 40%-ной HNO3 :
5,775 + 30,32 = 36,095 кмоль/ч
2. Количество и состав газа после холодильника.
На образование HNO3 пошло кислорода:
5,775*0,25 = 1,444 кмоль/ч
В газе осталось:
кислорода
4,286 - 1,444=2,842 кмоль/ч
окислов азота
23,1 – 5,775=17,325 кмоль/ч
Таблица 2. Состав нитрозных газов, выходящих из холодильника-конденсатора
Составм3/ч
кг/ч кмоль/ч % (об.) NO 99,904 133,8 4,46 2,44NO2
288,176 591,79 12,865 7,04O2
63,661 90,944 2,842 1,55N2
3540,006 4425,008 158,036 86,46H2O
102,592 82,44 4,58 2,51 Всего 4094,339 5323,982 182,783 100Таблица 3. Состав конденсата
Составм3/ч
кг/ч кмоль/ч %(об.)HNO3
129,36 363,825 2,05 39,99H2O
679,17 545,76 37,73 60,01 Всего 808,53 909,585 39,78 1003. Сводный материальный баланс холодильника–конденсатора
Таблица 4.
ПРИХОД РАСХОД В-вом3/ч
кг/ч кмоль/ч %(об.) В-вом3/ч
кг/ч кмоль/ч %(об.) NO 100 133,8 4,46 2 NO 99,904 133,8 4,46 2,01NO2
417,5 857,44 18,64 8,35NO2
288,176 591,79 12,865 5,78O2
96 137,152 4,286 1,92O2
63,661 90,944 2,842 1,28N2
3540 4425,01 158,036 70,80N2
3540,01 4425,01 158,04 71,06H2O
846,5 680,22 37,79 16,93H2O
102,592 82,44 4,58 2,06H2O
конд-ат
679,17 545,76 37,73 16,96HNO3
конд-ат
129,36 363,825 2,05 0,92 Всего 5000 6233,62 223,212 100 Всего 4902,873 6233,57 222,39 100Неувязка материального баланса составляет:
Она не превышает 1 %, соответственно материальный баланс рассчитан верно.
Тепловой баланс холодильника – конденсатора
Цель теплового баланса: расчёт тепловых потоков.
1. Теплоту, приносимую с нитрозным газом, находим по формуле,
,
где ni – количество вещества исходных реагентов, кмоль/ч (материальный баланс);
ci – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tвх,i – температура входного потока, ºС.
Находим среднюю теплоёмкость компонентов нитрозного газа по формулам:
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
КомпонентыТеплоёмкость,
NО 30,53N2
29,44NO2
39,86O2
29,78H2O
34,15Рассчитаем среднюю теплоёмкость нитрозного газа по правилу аддитивности:
;
.
Q1 =223,212*31,136*160 = 1111988,613 кДж/ч = 308,89 кВт.
2. Теплоту, поступающую за счет конденсации паров воды, определяем как:
Q2 = (2780 – 4,18*40) 33,21*18 = 1561879,584 кДж/ч = 433,85 кВт.
где 2780 кДж / кг – теплота конденсации водяного пара.
3. Теплоту при образовании азотной кислоты находим по формуле, кДж:
,
где q – теплота образования безводной HNO3 (по реакции), кДж; q=73600 кДж;
m – количество образовавшейся кислоты, кмоль/ч.( материальный баланс)
Q3 = кДж/ч = 29,52 кВт.
Теплота, выделяющаяся при разбавлении безводной кислоты до 40%-ной HNO3:
Q4 = 28400 * 5,775 = 164010 кДж/ч = 45,56 кВт.
где 28400 – теплота разбавления азотной кислоты, кДж / моль.
Теплоту, отводимую нитрозным газом из конденсатора, находим по формуле, кДж:
где nj – количество вещества продуктов реакции, кг/ч, (материальный баланс); cj – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tкон,j – температура выходного потока, ºС.
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
КомпонентыТеплоёмкость,
NО 30,12N2
29,18NO2
37,09O2
28,45H2O
33,59.
Q5 =182,787*29,859*40 = 218313,481 кДж/ч = 60,64 кВт.
Теплоту, отводимую с кислотой из холодильника – конденсатора находим как:
Q6 = кДж/ч = 30,73 кВт.
[3,041 – теплоемкость 40%-ной HNO3 при 40 ºС, кДж / (кг К)].
По разности между количествами приходящей и расходуемой теплоты определяем теплоту, отводимую охлаждающей водой:
Q7 = (308,89 + 433,85 + 29,52 + 45,56) – (60,64 + 30,73) = 726,45 кВт.
Таблица 5. Тепловой баланс холодильника–конденсатора
ПРИХОД РАСХОД Поток кВт % Поток кВт %Q1
308,89 37,77Q5
60,64 7,41Q2
433,85 53,05Q6
30,73 3,76Q3
29,52 3,61Q7
726,45 88,83Q4
45,56 5,57 Всего 817,82 100 Всего 817,82 100