31. Методика расчета теплового баланса первой тарелки абсорбционной колонны в производстве азотной кислоты.
Ур-е ТБ: Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q6+Q7+Q8+Q9, где Q1-физ. теп. нитрозного г. на вх. в к-ну (под тар. №1); Q2- т. р-ии гомоген. окисл-я NO до NO2; Q3-т. р-ии образ. НNO3 на тар.; Q4-т. разбавл. образ-ся моногидрата от 100% до 58%масс; Q5-ф. т. р-ра НNO3 поступ. на тар. №1 с тар. №2. Q6-ф. т. нитроз. Г. на вых. из тар. №1. Q7-ф. т. раст-ра НNO3 покид-го тар.№1; Q8-изб. т. передав-е оборот. воде; Q9-потери тепла в окр среду. Цели ТБ: Расчет всех потоков тепла, расчет расх. оборот. воды под-й в змеевики тар. и пов-ти змеевиков. Q1,Q5,Q6,Q7-выч-ся по форм. Q=nct, где n-кол-во в-ва(потока), кмоль; c- сред. мольная теплоем. потока при t, кДж/моль К; t-t потока С. Теплоемк-ь смеси выч-я по з-ну аддитивности, исп-я справ. дан. по сред. мол. «с» в-в вход.в см., либо выч-ть по эмпирич-м зав-ям с=f(t). Q2,Q3,Q4 -теплоты р-ии, разбавл. выч. по форм. Q=nq где n-кол-во прореаг-го в-ва, кмоль; q- мольная тепл-а р-ии либо мольная т-та разбавл., кДж/моль; Q9-потери т. в окр. ср. прин. = в размере 0,4% от прих. Т.; Q8-выч. из = приходной и расходной частей баланса. Расчет расх. оборот. воды проводят из соот-я Q8=Gвсв(tk-tн) где Gв –m воды, св –теплоемк. воды, 4,187кДж/(кг*К), tн,tk –Т соотв. нач. и кон.; Треб. поверх. змеевиков на тар. опр. из ур-я теплопер. Q=KFt. Необх. сделать 20% запас пов-ти. Коэф. теплопер., где 1-коэф. теплоотд. от к-ты к стенке, Вт/м2К; 2-коэф теплоотд. от стенки к воде, Вт/м2К; 1-толщ. стенки трубки, м; 2-толщ. накипи на стенке трубки, приним. = 0,0005 м; 1- коэф теплопров-ти мат-ла трубок, Вт/мК; 1- коэф теплопровод. накипи, Вт/мК. Коэф. теплоотд. и теплопровод. Рас-ся, или приним. на основе справ. дан..
32. Селективная каталитическая очистка хвостовых газов от оксида азота. Технологическое оформление процесса в виде технологического узла. Роль камеры сгорания реактора и камерысгорания турбинытурбины.Достоинства селективной очистки по сравнению с неселективной очисткой. Рекуперация энергии очищенных газов.
Содержание NОх в газе на выходе из абсорбционной колонны 0,09-0,11% об. Санитарная норма при выбросе в атмосферу 0,005% об, содержание в хвостовых газах 2,4-3,5% об. Для обезвреживания газа используют методы каталитического восстановления NОх природным газом или аммиаком до N2 и H2O. Процессы восстановления делят на высокотемпературные более 500С и низко менее 500С. При высокотемпературной неселективной каталитической очистке с использованием ПГ идут р-и:
СH4+2O2=CO2+2H2O, ΔН= -802 кДж (1). 4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O, ΔН= -1165 кДж (2).
2NO2+CH4=N2+CO2+2H2O, ΔН<0 кДж (3). В начале идет р-я (1), а после полного израсходования кислорода идет (2 и 3). Селективная низкотемпературная каталитическая очистка с помощью NH3 идет при 230-320С: 6NO+4NH3=5N2+6H2O, ΔН= -1810.6 кДж (4). 6NO2+8NH3=7N2+12H2O, ΔН= -2734 кДж (5). Для селективного восстановления в качестве катализатора испытаны различные металлы. Каталитическая активность катализаторов процесса при 230-320С и скорости 10000 ч-1, убывает в последовательности: Pt>MnO2>V2O5>CuO>…>NiO>Ag2O>ZnO. Pt резко снижает свою активность в ходе процеса. Долгой активностью обладают оксиды Мn,V,Cu,Fe.Cr,Co. В нашей стране используется АВК-10М (V-10%). Процессы очистки на нем характеризуют: объемную скорость газа до 15000ч-1; линейную скорость газа до 1 м/с; отношение NH3:NОх = 1,1-1,15:1; степень восстановления NОх – 98-98,5%; время пробега катализатора 2-3года; остаточное содержание NОх в газе 0,002-0,004%об; NH3-не более 0,01% об. Достоинства селективной каталитической очистки: меньший расход аммиак по сравнению с ПГ, т к ПГ тратится по р-и (1); меньше температура процесса 250-300С против 690-730С (неселективной каталитической очистки). Недостатки селективной очистки с помощью аммиака: трудно точно дозировать небольшие объемы аммиака в хвостовых газах; сложно равномерно распределять аммиак в газовом потоке; возможно образование взрывоопасных нитрит-нитратов аммония в тр-дах; повышенная нагрузка на камеру сгорания турбины, т к газ смесь на входе в турбину должна иметь 670-700С. для предотвращения отложения солей температуру газа, выбрасываемых в атмосферу после турбины поддерживают выше 180С.
1 – камера сгорания реактора (КСР); 2 – жаровая часть КСР; 3 – реактор каталитической очистки (РКО); 4 – катализатор АВК – 10М; 5 – камера сгорания турбины (КСТ); 6 – турбина; 7 – компрессор воздуха.
КСР служит для того, чтобы нагреть ХГ до температуры зажигания кататилатора, равной 250 0С. Для этого топочные газы, образуются в огневой части КСР добавляются к ХГ, имеющие температуру примерно 1300С. Аммиак, используемый в качестве восстановителя имеет температуру пример 1000С. На алюмо-ванадиевом катализаторе в РКО протекает следующие реакции: 6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O, ΔH = - 1811; 6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O, ΔH = - 2734. В результате такого адиабатного режима температура ОХГ на выходе равна 2600С, объемная доля NОх в ОХГ 0,003%об. Однако температура газа на входе в турбину 6 должна составлять 7000С, поэтому к ОХГ добавляются горячие топочные газы из КСТ 5. Объем топочных газов значителен, это служит причиной того, что в КСТ при температурах горения выше 13000С генерируются так называемые ''термические'' NОх из N2 и О2 воздуха: N2 + О2 ↔ 2 NO, Н>0. Термический NОх добавляется к оксидам азота, присутствующем в ОХГ, в результате концентрация NОх в газе на входе в турбину повышается до 0,007%об и с такой концентрацией выбрасывается в атмосферу.