270

_________ = 287 кг

                                                  0,96 * 0,98 

или

287/17 = 16,9 кмоль. 
 

2. Расчет  аммиачно-воздушной смеси.

Содержание  аммиака в смеси 10,0%. Следовательно  на воздух приходится 90,0%. Необходимое  количество воздуха: 

(16,9 * 90) / 10 = 152, 1 кмоль,

в том  числе О₂:

(152,1* 21) / 100 = 31, 9 кмоль,

N₂:

(152,1 * 79) / 100 = 120, 2 кмоль. 
 

Состав  аммиачно-воздушной смеси: 

 
 
 
 
 

Расчет  выведенного количества газов 

Окисление аммиака на платине происходит по реакциям: 
 

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O 

4NH₃ +3O₂ = 2N₂ + 6H₂O 

1. Количество  получаемой окиси азота:

1 кмоль  аммиака даёт 1 кмоль NO, а при степени контактирования 96% из 16,9 кмоль получится: 

16,9 * 0,96 = 16,2 кмоль

или

16,9 * 0,96 *  30 = 487 кг. 

   

2. По второй реакции из 1 кмоль аммиака получается 0,5 кмоль N₂. В этой реакции участвует 4% аммиака от начального количества:

 

16,9 * 0,5 * 0,04 = 0,34 кмоль

или

16,9 * 0,5 * 0,04 * 28 = 9,0 кг. 

   

3. Количество  получающихся водяных паров.

Из уравнений  реакции видно, что 4 кмоль аммиака  образуют 6 кмоль H₂O, и суммарное количество паров воды составит: 

(16,9 * 6) / 4 = 25,4 кмоль

или

25,4 * 18 = 457 кг. 

4. Количество  кислорода.

По первому  уравнению вступило в реакцию  кислорода: 

(16,9 * 5 * 0,96) / 4 = 20,3 кмоль.

По второму:

(16,9 * 3 * 0,04) / 4 = 0,5 кмоль. 

Всего вступило в реакцию кислорода: 

20,3 + 0,5 = 20,8 кмоль 

Осталось в  нитрозных газах: 

31,9 –  20,8 = 11,1 кмоль

или

11,1 * 32 = 355 кг. 

   

5. Количество N₂ в нитрозных газах складывается из первоначального количества N₂ и азота, образовавшегося по реакции:

 

3365 + 9 = 3374 кг 
 

Материальный  баланс контактного узла на 1 т 100%-ой азотной кислоты: 

 

Невязка баланса:  (1 * 100) / 4672,0 = 0,02%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Тепловой  баланс основного  аппарата.

 

Уравнение теплового баланса: 

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄ +Q₅, 

где 

Q₁ – физическое тепло аммиачно-воздушной смеси,

Q₂ – тепло экзотермической реакции,

Q₃ – физическое тепло нитрозных газов,

Q₄ – физическое тепло водяных паров,

Q₅  – тепловые потери. 
 

Расчет  введенного количества тепла 

1. Физическое  тепло аммиачно-воздушной смеси  Q₁:

 

Q₁ = C * G * t = t (C_NH3 * G_NH3 + C_O2 * G_O2 + C_N2 * G_N2) 

Температура поступающего газа неизвестна, но практически  находится в интервале 400-500 ^оС. Примем её ориентировочно 400^оС; значения С для этой t в ккал/кмоль*^оС следующие:

NH₃ – 10,090

O₂ – 7,378

N₂ – 7,078 

Q₁ = t (10,09 * 16,9 + 7,378 * 31,9 + 7,078 * 120,2) = 1257 t ккал. 

2. Тепло экзотермической  реакции Q₂:

Тепловой эффект реакции 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O изменяется с температурой по следующей зависимости: 

q₁ = 219180 – 11,2T + 0,01007T². 

А для реакции  4NH₃ +3O₂ = 2N₂ + 6H₂O: 

q₂ = 305495 – 11,3T + 0,011327T². 

q₁ = 219180 – 11,2 * 1073 + 0,01007 * 1073² = 218610 ккал/кмоль.

q₂ = 305495 – 11,3 * 1073 + 0,011327 * 1073² = 306395 ккал/кмоль. 

Q₂ = (218610/4 *16,2) + (306395/2 * 0,34) = 937458 ккал. 

3. С при T=800^oC  [ккал/кмоль*^оС]:

 

NO = 7,58

O₂ = 7,719

N₂ = 7,349 

Тепло, уносимое продуктами реакции Q₃: 

Q₃ = 790 (7,58 * 16,2 + 7,719 * 11,1 +7,349 * 120,54) = 864497 ккал. 

4. Тепло, уносимое водяным паром Q₄:

 

Q₄ = i*m = 993,0 * 457 = 453801 ккал (i – теплосодержание). 

5. Тепловые  потери Q₅:

 

Q₅ =(Q₃ +Q₄ +Q₅) * 0,1=(Q₃ + Q₄) /0,9 *0,1=(864497 + 453801) /0,9 * 0,1=146478 ккал. 
 

Расчет  температуры поступающего газа 

Q₁ = (Q₃ + Q₄ + Q₅) – Q₂ = 1464776 – 937458 = 527318 ккал.  

1257 t = 525318

t = Q₁ /1257 = 527318/1257 = 420 ^оС 
 
 

Тепловой  баланс на 1 т 100%-ой азотной кислоты: 

Выводы

 

    В процессе курсового проекта были рассчитаны материальный и тепловые балансы производства азотной кислоты. На основе теплового баланса была рассчитана температура поступающего газа.

    Производство  азотной кислоты очень важно, так как она широко применяется  в разных областях промышленности и  других производств.

    К современным тенденциям развития технологии производства 
азотной кислоты относятся: обеспечение наибольшей надежности конструкций аппаратуры и машинных агрегатов; повышение степени кислой абсорбции, а также степени использования тепла химических реакций и к.п.д. энергии сжатых газов; увеличение скорости процесса на всех его этапах, снижение вредных выбросов в атмосферу. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

 

1. Ф. А. Андреев, Технология связанного азота. – М., Издательство «Химия», 1966 г. – 500 с.

2. Атрощенко В. И. и др. Курс технологии связанного азота. Под ред. чел. – корр. УССР Атрощенко В. И. Изд. 2-е, пер. и доп. Инд. 3 – 14 – 3.

3. Кутепов  А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен  М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. - М.: «Высшая школа», 1990. - 512 с.

4. Основы химической технологии: Учебник для студентов вузов / Под ред. Мухленова И.П. - М.: «Высшая школа», 1983. - 335 с.

5.  megaresearch.ru/files/demo_file/1700.pdf