Материальный баланс холодильника-конденсатора

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 – 16,3. Давление в системе 7,5 атм. 4. Степень превращения окислов азота при абсорбции – 0,5. 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 Состав м3/ч кг/ч кмоль/ч % (об.) NO 100 133,8 4,46 2 NO2 417,5 857,44 18,64 8,35 O2 96 137,152 4,286 1,92 N2 3540 4425,008 158,036 70,80 H2O 846,5 680,22 37,79 16,93 Всего 5000 6233,62 223,100 В 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 Состав м3/ч кг/ч кмоль/ч % (об.) NO 99,904 133,8 4,46 2,44 NO2 288,176 591,79 12,865 7,04 O2 63,661 90,944 2,842 1,55 N2 3540,006 4425,008 158,036 86,46 H2O 102,592 82,44 4,58 2,51 Всего 4094,339 5323,982 182,100 Таблица 3. Состав конденсата Состав м3/ч кг/ч кмоль/ч %(об.) HNO3 129,36 363,825 2,05 39,99 H2O 679,17 545,76 37,73 60,01 Всего 808,53 909,585 39,78 100 3. Сводный материальный баланс холодильника–конденсатора Таблица 4. ПРИХОД РАСХОД В-во м3/ч кг/ч кмоль/ч %(об.) В-во м3/ч кг/ч кмоль/ч %(об.) NO 100 133,8 4,46 2 NO 99,904 133,8 4,46 2,01 NO2 417,5 857,44 18,64 8,35 NO2 288,176 591,79 12,865 5,78 O2 96 137,152 4,286 1,92 O2 63,661 90,944 2,842 1,28 N2 3540 4425,01 158,036 70,80 N2 3540,01 4425,01 158,04 71,06 H2O 846,5 680,22 37,79 16,93 H2O 102,592 82,44 4,58 2,06 H2O конд-ат 679,17 545,76 37,73 16,96 HNO3 конд-ат 129,36 363,825 2,05 0,92 Всего 5000 6233,62 223,100 Всего 4902,873 6233,57 222,100 Неувязка 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 Компоненты Теплоёмкость, NО 30,53 N2 29,44 NO2 39,86 O2 29,78 H2O 34,15 Рассчитаем 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 Компоненты Теплоёмкость, NО 30,12 N2 29,18 NO2 37,09 O2 28,45 H2O 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 37,77 Q5 60,64 7,41 Q2 433,85 53,05 Q6 30,73 3,76 Q3 29,52 3,61 Q7 726,45 88,83 Q4 45,56 5,57 Всего 817,82 100 Всего 817,82 100.