Практическое занятие № 3

Тема: Производство азотной кислоты.

Цель: Выполнить расчеты, связанные с процессом контактного окисления аммиака.

Задание: Произвести материальные и тепловые расчеты, связанные с процессом контактного окисления аммиака и составить таблицы материального и теплового балансов.

Данные для расчета:

1. Производственная мощность цеха и степень контактирования взяты из таблицы:

Данные	Вариант
	1	2	3	4	5
Производственная мощность цеха 240000 245000 25000 255000 260000 265000		245000
Степень контактирования (%)	96	96,5	97	97,5	98

2. Степень кислой абсорбции 0,98.

3. Эффективное время работы аппарата Т_зф = 8496 часов.

4. Содержание аммиака в АВС - 11%

Расчет.

1.Определим часовую производительность цеха по кислоте:

g=G_ц/Т_эф, т/час;

g=

2. Рассчитаем число аппаратов, необходимых для обеспечения заданной производительности. Принимаем к установке контактный аппарат производительностью 65- 72 м/сутки по кислоте. Тогда количество аппаратов:

;

n= =9,6

Округлим полученное значение n¹ до ближайшего целого, получим число аппаратов n.

3.Определим фактическую производительность одного аппарата:

, кг/час

=28,8 кг/час

На эту величину выполняем расчет.

4.Определим расход аммиака на обеспечение фактической производительности аппарата:

NH₃ -------- HNO₃

17 -------- 63

V NH₃* *0.98 --------

где - заданная степень контактирования, в долях единицы;

- часовая производительность аппарата по кислоте, кг/час;

где 17 - молярная масса аммиака;

5.Определим объем воздуха, необходимого для окисления аммиака:

V NH₃ -------- 11%

V_возд -------- 89%

Заполнить таблицу по варианту и сделать вывод

Вариант	1	2	3	4	5
Расход аммиака (кг/час)
Расход воздуха (м3/час)
От каких показателей зависит расход NH3

6.Рассчитаем содержание водяного пара, кислорода и азота в воздухе. Содержание кислорода в воздухе 21% (объем), азота 79% (об.), давление насыщенного воздуха пара в воздухе 31,82 мм/рт. ст. при З00^оС

6.1.Содержание водяного пара в воздухе:

где 18 - молярная масса воды.

6.2.Объем сухого воздуха:

6.3.Объем кислорода в поступающем воздухе:

где 32 - молярная масса кислорода.

6.4.Содержание азота в поступающем воздухе: -

где 28 - молярная масса азота.

6.5.Заполнить таблицу приходной части баланса окисления аммиака по варианту.

Данные	1		2		3			4
	кг/ч	м3/ч	кг/ч	м3/ч		кг/ч	м3/ч		кг/ч	м3/ч
Аммиак Кислород Азот Водные пары
Итого

7.Процесс окисления аммиака идет по двум реакциям

4 NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O

4 NH₃ + 3 O₂ = 4 N₂ + 6 H₂O

Рассчитаем по этим реакциям образование азота и водяного пара, а так же расход кислорода на окисление аммиака.

7.1.По реакции (1) определим образование окиси азота:

V NO = V NH₃ * , м³/час;

V NO = 12,1* =133,1 м³/час;

где - степень окисления аммиака (по заданию).

7.1.2.Вес окиси азота:

где 30 – молярная масса окиси азота.

7.1.3.Объем водяного пара:

где 6,4 - коэффициенты в уравнении реакции (1);

7.1.4.Расход кислорода:

где 5,4 - коэффициенты в уравнении реакции (1);

7.2.По реакции (2) определяем:

7.2.1 .Объем образовавшегося азота:

7.2.2.Объем водяного пара:

7.2.3.Объем расходуемого кислорода:

где 3,4 - коэффициенты в уравнении реакции (2);

8.Вычисляем находящиеся в газе после окисления объемы и весовые

количества (входящие в расходную часть баланса) кислорода:

V^pO₂ = VO₂ – V¹O₂ – V²O_2, м³/час;

V^pO₂ = 14,96 –– м³/час;

V^pN₂ = VN₂ + V¹N_2, м³/час;

V^pN₂ = 11,81+ 60,5=72,31 м³/час;

V^p H₂O = V³ H₂O + V¹ H₂O + V² H₂O, м³/час;

V^p H₂O = 139,4+ 199,65+90,75=399,8 м³/час;

9.Составляем таблицу расхода, т.е. количества и состава компонентов, уходящих из контактного аппарата. Выбираем все значения с индексом «Р». Расход в весовых единицах (кг/г) должен сходится с приходом.

Статьи

1

2

3

4

5

кг/ч

м3/ч

кг/ч

м3/ч

кг/ч

м3/ч

кг/ч

м3/ч

кг/ч

м3/ч

Окись азота

Кислород

Азот

Водяные пары

Итого

После проверки правильности полученных результатов каждый учащийся для своего варианта заполняет таблицу баланса по форме. Таблица на следующей странице.

Приход			Расход
статьи	кг	М3	Статьи	кг	М3
Аммиак Воздух: Кислород Азот Водяные пары			Окись азота Кислород Азот Водяные пары
Итого			Итого

В балансе должен только сходиться вес поступающих и выходящих продуктов, объем же их разный.

Тепловой баланс контактного окисления аммиака.

Все расчеты ведутся с использованием данных последней таблицы материального баланса.

Приход тепла.

1.Тепло, приносимое АВС.

Принимаем среднюю теплоемкость АВС равной 29,74 кДж/кМоль*К

где х - температура, до которой должна быть подогрета АВС перед подачей на контактирование, ^оС;

2.Тепло выделяемое при протекании реакции окисления аммиака:

где 905800 и 1266960 - тепловые эффекты соответственно первой и второй реакции;

Расход тепла.

1.Тепло, уносимое нитрозными газами, поступающими в котел- утилизатор:

где 32,34 - средняя теплоемкость нитрозного газа кДж/кМолъК;

800 - температура контактирования,

2.Определим теплопотери в окружающую среду:

Q_пот = K₄(Q¹+Q²) = K(V_прих/22.4*C_cp*tx+Q²)

где К - теплопотери составляют 4% от прихода тепла.

Приравниваем приход и расход тепла и составляем уравнение теплового баланса.

Q¹ + Q² = Q³ + Q_пот

Или

и решаем его относительно tх.

, ^оС;

Вариант	1	2	3	4	5
Величина tx
От чего зависит величина tx

Далее подставляем значение tх в формулу для расчета и находим

величину Q₁.

Затем рассчитаем значение Q_пот. На основании проведенных расчетов

заполняем таблицу теплового баланса.

Приход		Расход
Статьи	кДж/час		Статьи	кДж/час
1.Тепло, приходящее с аммиачно-воздушной смесью. 2.Тепло реакции.			1.Тепло, приносимое с нитрозными газами. 2.Теплопотери в окружающую среду.
Итого			Итого