Регенерация азотной и серной кислоты

Удельная теплота разбавления для HNO3 98%

[pic]ккал/моль=1436,59 кДж/моль

Теплота закрепления HNO3, находящейся в отработанной кислоте с 49% до

98%: [pic]=(25476,86-1436,59)[pic]=89017,7 кДж=21245,27 ккал

7) Теплота, уносимая с нитрозными газами:

[pic]=[pic]q7*c7*t, где

c- удельные теплоемкости газов с t=85 ОС

|NO2 |13,5*0,75*85=865,92 кДж |

|NO |7,09*0,996*85=600,2 кДж |

|N2 |16,02*1,04*85=1416,17 кДж |

|O2 |7,44*0,923*85=583,71 кДж |

H2O 0,07*1,373*85 = 8,17 кДж

HNO3 2,42*1,8*85 = 370,26 кДж

Всего: 3843.73 кДж

8) В окружающую среду колонна ГБХ в течение 1 часа теряет порядка 800 ккал

(33520 кДж). При условии подачи в колонну 92 кг/мин тройной смеси и

выработки колонны 60 тиг в сутки.

Потери тепла в окружающую среду:

[pic]=[pic]=6072,46 кДж

Всего расход тепла, кДж:

[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]=39075,43+137040,64+2015

35,71+447,86х+39749,32+1392,3+89017,7+3843,73+6072,46=517727,29+447,86х

Приход приравним к расходу:

674442,76+35,18х+700,8у=517727,28+447,86х

у=0,59х-223,62

Решаем совместно уравнение материального и теплового балансов:

0,43х-88,19=0,59х-223,62

х=847

у=276,11

Таблица №11 - Материальный баланс денитрации и концентрирования HNO3

Расчет составлен на 1 тонну отработанной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |кг |% |статьи расхода |кг |% |

|Отработанная |900 |42 |Крепкая HNO3 98% |242,3 |11,3 |

|кислота | | | | | |

|50% HNO3 |100 |4,7 |Слабая HNO3 70% |1852,86 |86,5 |

|Купоросное масло |847 |39,52 |Нитрозные газы |46,54 |2,2 |

|Перегретый пар |276,11 |12,88 | | | |

|Воздух через |19,89 |0,93 | | | |

|неплотности | | | | | |

|Всего: |2143 |100 |Всего: |2143 |100 |

Таблица №12 - Тепловой баланс концентрирования азотной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |КДж |статьи расхода |кДж |

|С отработанной |199800 |С парами HNO3 98% |39075,43 |

|кислотой | | | |

|С перегретым паром|193497,89 |На испарении HNO3 |137040,64 |

|Теплота от H2SO4 |485336,86 |С H2SO4 70% |581546,53 |

|91% | | | |

|С HNO3 50% |18705,56 |С HNO3 98% |39749,32 |

|из конденсатора | | | |

|С воздухом |397,8 |На нагрев воздуха |1392,3 |

| | |На закрепление |89017,7 |

| | |слабой HNO3 | |

| | |С нитрозными |3843,73 |

| | |газами | |

| | |В окружающую среду|6072,46 |

|Всего: |897738,11 |Всего: |897738,11 |

На 1 тонну отработанной кислоты приходится в 4.127 раза больше крепкой

98% HNO3. Пересчитаем на 1 тонну готового продукта 98% HNO3

Таблица №13 - Нормы расхода сырья для производства 1 тонны готового

продукта 98% HNO3

|Приход |Расход |

|статьи прихода |кг |% |статьи расхода |кг |% |

|Отработанная |3714,3 |41,97 |Крепкая HNO3 98% |1000 |11,3 |

|кислота | | | | | |

|50% HNO3 |412,7 |4,73 |Слабая HNO3 70% |7654,87 |86,5 |

|Купоросное масло |3492,48 |39,52 |Нитрозные газы |194,69 |2,2 |

|Перегретый пар |1138,24 |12,88 | | | |

|Воздух через |79,54 |0,9 | | | |

|неплотности | | | | | |

|Всего: |8849,6 |100 |Всего: |8849,6 |100 |

2.8 Расчет материального баланса концентрирования H2SO4

Исходные данные:

1. Температура кислоты на входе 150 ОС

2. Температура кислоты на выходе 250 ОС

3. Температура дымовых газов на входе 900 ОС

4. Температура дымовых газов на выходе 130 ОС

1. Потери при концентрировании составляют 0,06%, из них 50% на разложение

SO2 и 50% - теряется в виде паров серной кислоты

В вихревую колонну поступает разбавленная серная кислота (с учетом потерь):

Gразб = G(1-0,0006) = 7654,87*0,9994 = 7650,28 кг.

в том числе воды:

[pic] = Gразб(1-[pic]) = 7650,28(1-0,7) = 2295,08 кг.

В колонну подается кислота ( в пересчете на моногидрат):

Gпр = G(1-0.0006)[pic] = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2. При концентрировании серная кислота разлагается по формуле:

H2SO4 = SO2 + H2O + 1/2O2

Qразл = 228900 кДж/кмоль – теплота разложения H2SO4. Потери от разложения

составляют 50% общих потерь или 0,03%:

Gпот = Gт*0,03/100 = 7650,28*0,0003 = 2,3 кг.

3. Потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами составляют

также 50% общих потерь (0,03%)

Gун = 0,0003*7650,28 = 2,3 кг.

4. Общие потери составляют:

Gпот = Gун + Gразл = 2.3*2 = 4.6 кг.

5. При разложении серной кислоты образуется:

H2SO4 = SO2 + H2O + 1/2O2

[pic] = 98; [pic] = 64

SO2 = [pic] = 1,5 кг.

O2 = [pic] = 0,38 кг.

H2O = [pic] = 0,42 кг.

6. В колонне выпариваются воды:

Gвых = Gразл[(1-Gисх/100)-( 1-Gк/100)] = 7650.28[(1-70/100)-(1-91/100)] =

1606,56 кг.

7. Выход 91% продукционной H2SO4:

Gкон= Gразл- Gразл[(1-Gисх/100)-( 1-Gк/100)] ] = 7650.28-1606.56=6043.76

кг.

8. Приход кислоты по моногидрату:

Gпр = Gисх[pic] = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2.9. Расчет теплового баланса вихревой колонны [4]

Приход тепла:

1. с разбавленной серной кислотой 70% при t = 150 ОС

Q1 = QпрHпр = 7654.87*342 = 2617934.76 кДж = 624805,43 ккал.

Hпр = 342 кДж/кг – энтальпия исходной кислоты

2. С дымовыми газами, поступившими из топки:

Q2 = [pic] = 31,37х*1,45*900 = 40937,85х кДж = 9770,37 ккал.

V2 = 31,37 м3 – объем газов

С2 = 1,450 кДж/м3 град

Общий приход тепла: Qобщ = Q1+ Q2 = 2617934,76+40937,85х кДж

Расход тепла

1. С продукционной кислотой при 250 ОС:

Q1 = Ck*Hk = 5355.2*458 = 2452681.6 кДж = 585365,54 ккал

Hк = 458 кДж/кг – энтальпия серной кислоты 91%

2. С водяным паром выделяется при выпаривании и разложении:

Q2 = Cвп*Hвп = 1606.98*2737.7 = 4399429.15 кДж = 1049983.09 ккал

Gвп = Gуп + Gразл = 1606,56 + 0,42 = 1606,98 кг.

Hвп = 2737,7 кДж/кг – энтальпия водяного пара

Gуп и Gразл – из материального баланса.

3. С дымовыми газами, уходящими с t = 30 ОС:

Q3 = [pic] = 31,37х*1,336*130 = 5448,34х кДж = 1300,32 ккал.

V2 – объем дымовых газов на м3 сжигаемого газа

С2 = удельная теплоемкость дымовых газов при t=130 ОС

С2 = 1,336 кДж/м3 град

4. На испарение серной кислоты:

Q4 = Gисп + Hисп=2,3*511,2=1175,76 кДж=280,61 ккал

Нисп=511.2 кДж/кг - удельная теплота парообразования серной кислоты

5. С парами серной кислоты:

Q5 = Gисп + H = 2,3*201,4=463,22 кДж=110,55 ккал

Н – энтальпия 100% серной кислоты при температуре отходящих газов 130 ОС.

6. На разложение серной кислоты:

Q6 = [pic] = [pic]=5372,14 кДж = 1282 ккал.

7. С продуктами разложения серной кислоты в результате разложения

серной кислоты при температуре отходящих газов 130 ОС образуются:

[pic]=1,5 кг.; =0,38 кг.; [pic]=2,3 кг

Q7 = ([pic]*[pic] + [pic]*[pic])t=(0.963 + 0.353)130 = 171.08 кДж = 40,83

ккал

8. При концентрировании серной кислоты (дегидратации) от 70% до 91%

расходуется тепла:

Q8=Gуп(Q70%- Q91%)

Q70% = 427,4 кДж/кг – теплота разбавления до 70%

Q91% = 157,3 кДж/кг – теплота разбавления до 91%

Q8 = 5355,2(427,4-157,3)=1446439,52 кДж = 345212,3 ккал

9. Потери тепла в окружающую среду примем 1% от общего количества

расхода тепла на концентрировании серной кислоты:

Q= 2452681,6 + 4399429,15 + 5448,34х + 463,22 + 1175,76 + 5372,14 + 171,08

+ 1446439,52 = 5853050,87 + 5448,34 х кДж

Qд = 58530,51 + 54,48 х к`Дж

Qрасх = 5911581,38 + 5502,82 х кДж

10. Для определения расхода топлива ^приравниваеме приход тепла к

расходу:

Qобщ = Qрасх

2617934,76+40937,85х=5911581,38+5502,88х

35435,03х=3293646,62

х=92.95

11. Определяем часовое количество и состав газов, поступающих на

установку из топки.

Таблица №14 - Количество и состав газов из топки

|газы |м3 |кг. |

|CO2 : 1,27*92,95 |118,5 |231,87 |

|N2: 24,43*92,95 |2270,77 |2838,46 |

|O2: 4,03*92,95 |374,59 |535,13 |

|H2O: 2,68*92,95 |249,11 |200,17 |

|Всего |3012,52 |3805,63 |

12. Определяем часовое количество газов, уходящих с установки:

Таблица №15 - Часовое количество газов

|газы |м3 |кг. |

|CO2 : [pic]*х=1,27*92,95 |118.05 |231.87 |

|N2: [pic]*х=24,43*92,95 |2270.77 |2838.46 |

|O2: [pic]=374,59+0,38*22,4/32 |374.86 |535.51 |

|SO2: [pic]22.4/64 |0,53 |1,5 |

|H2O: [pic]+[pic] |2249,43 |1807,58 |

|H2SO4: [pic]*22,4/98 |0,53 |2,3 |

| | | |

|Всего |5014,7 |5417,22 |

Таблица №16 - Материальный баланс концентрирования серной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |кг |% |статьи расхода |кг |% |

|Газы из топки |3805,63 |33,2 |Газы в аотмосферу |5417,22 |46,26|

|Серная кислота 70%|7654,87 |66,8 |серная кислота 91%|6043,72 |52,72|

| | | |Пары серной |2,3 |0,02 |

| | | |кислоты | | |

|Всего: |11460,5 |100 |Всего: |11460,5 |100 |

Таблица №17 - Тепловой баланс концентрирования серной кислоты

|Приход |Расход |

|статьи прихода |КДж |Статьи расхода |кДж |

|С серной кислотой |2617934,76 |С серной кислотой |2452681,6 |

|70% | |91% | |

|С дымовыми газами |6423107,92 |С водяным паром |4399429,15 |

| | |С дымовыми газами |672179,0 |

| | |На испарение |1175,76 |

| | |серной кислоты | |

| | |Теплота разложения|5372,14 |

| | |С продуктами |171,08 |

| | |разложения | |

| | |Теплота |1446439,52 |

| | |дегидратации | |

| | |Потери в |63594,43 |

| | |окружающую среду | |

|Всего: |9041042,68 |Всего: |9041042,68 |

3. Технико-технологическая часть

3.1. Выбор и расчет производительности основного и вспомогательного

оборудования технологической схемы

Исходя из заданной производительности проектируемого производства по

готовой продукции (98% HNO3) определяем суточную и часовую

производительность основного аппарата цеха-колонны ГБХ.

Псут=[pic], где

Пгод-10000 т/год

n – время на ремонт и простои оборудования

Псут=[pic]=29,85 т/сут

Пчас=[pic]=1,24 т/час

При отгонке концентрированной HNO3 определенного состава расход

безводной H2SO4 зависит от массовой доли H2SO4 в разбавленной HNO3, при

этом расход H2SO4 будет тем больше, чем сильнее разбавлена HNO3. Для одной

и той же исходной разбавленнной HNO3 удельный расход H2SO4 обратно

пропорционален ее степени концентрации. В соответствии с расчетом по

треугольным диаграммам (услович – Температура кипения смеси на палках) при

массовой доле HNO3 48-50% и технической H2SO4 91-92% соотношение HNO3:H2SO4

составляет 1:32 при исходной HNO3 50% и H2SO4 92%. Исходя из сказанного

выше, годовая производительность по H2SO4 будет равна 32000 т/год.

[pic]=[pic]

Рассчитаем суточную и часовую производительность вихревой колонны:

Псут=[pic]=95.52 т/сут

Пчас=[pic]=3,98 т/час

3.2 Расчет количества аппаратов

n=[pic]

Пгод – годовая производительность

Пчас – часовая производительность

КИО – коэффициент использования оборудования

Тэф – эффективный фонд времени работы аппарата, ч

Денитрационная колонна ГБХ

Тэф=8040 час/год

КИО=0,95

Пгод=10000 т/год

Пчас=1,24 т/час

n=[pic]=1.1 шт

Выбираем 1 аппарат

Вихревая колонна

Тэф=8040 ч/год

КИО=0,9

Пгод=32000 т/год

Пчас=3,98 т/час

n=[pic]=1.1 шт

Выбираем 1 аппарат

Абсорбер для улова паров азотной кислоты и окислов азота:

Тэф=8760-1404 =7365 ч

КИО=0,86

Пгод=5337000 т/год

Пчас=5337000/7356 =725,5 т/час

n=[pic]=3,8 шт

Выбираем 4 абсорбера

4. Конструктивно-механические расчеты

4.1 Расчет числа ступеней контакта фаз концентратора [5]

Определение числа ступеней концентратора серной кислоты при

концентрировании от 70% масс до 91-92% масс H2SO4 проводим аналитическим

методом. При нагреве серной кислоты до 260-280 ОС продукционную 92% H2SO4

можно получить в одной ступени. Однако при этом содержание серной кислоты в

парах достигает 30-50 г/м3 , что приводит к значительному газовому выбросу.

Для уменьшения содержания в парах, серную кислоту концентрируют в 2-3

ступенчатых аппаратах, однако, если при этом пересыщение паров H2SO4 во

второй ступени превышает критическое значение более, чем в 30 раз:

Sкр>[pic]=3,3, то происходит образование тумана серной кислоты.

Концентрация кислот во второй ступени для работы концентратора в режиме без

образования тумана серной кислоты должна составлять 85-90% масс,

температура 240 ОС.

Аналитическое определение числа ступеней, концентрации и температур

H2SO4 на ступенях концентратора, работающего без образования тумана,

представлено в таблице .

Таблица №18 - Число ступеней, концентрации и температуры серной

кислоты на ступенях концентратора.

| |Ступени концентратора |

| |1 |2 |3 |4 |5 |

| | | | | | |

|1. Температура газа, ОС | | | | | |

|на входе |850 |230 |210 |190 |175 |

|на выходе |230 |210 |190 |175 |160 |

|2. Концентрация H2SO4, % | | | | | |

|на входе |88 |84 |80 |75 |70 |

|на выходе |92 |88 |84 |80 |75 |

|3. Температура H2SO4, ОС |220 |200 |180 |165 |150 |

|Давление насыщенных паров H2SO4, | | | | | |

|Па | | | | | |

|на входе |200 |56 |16 |2,2 |0,47 |

|на выходе |960 |200 |56 |16 |2,2 |

|5. Пересыщение, S | |4,8 |3,57 |3,5 |7,3 |

|6. Критическое состояние, Sкр | |4,5 |6 |7,1 |12,27 |

|7. Отношение: S : Sкр | |1,07 |0,6 |0,5 |0,6 |

Принимая равными эффективности ступеней вихревой колонны по

температуре, массоотдаче в газовой и жидкой фазах для процессов десорбции

паров воды и абсорбции паров серной кислоты, задаемся распределением

концентрации (xi) и температур (ti) серной кислоты.

Таблица №19

| |Ступени концентратора |

| |1 |2 |3 |4 |5 |

| | | | | | |

|1. Температура газа, ОС | | | | | |

|на входе |850 |250 |210 |190 |175 |

|на выходе |250 |210 |190 |175 |170 |

|2. Концентрация H2SO4, % масс. | | | | | |

|на входе |89 |85 |81 |76 |70 |

|на выходе |92 |89 |85 |81 |76 |

|3. Давление насыщенных паров H2SO4, | | | | | |

|Па | | | | | |

|на входе |250 |56 |16 |2,2 |0,47 |

|на выходе |980 |250 |56 |16 |2,2 |

|4. Пересыщение, S |3,8 |4,5 |3,5 |7,3 | |

|5. Критическое пересыщение, Sкр |4,3 |6 |7,1 |12,27 | |

|6. Отношение: S : Sкр |0,88 |0,75 |0,49 |0,59 | |

|7. Брызгоунос на 1 кг подаваемой на |0,319 |0,318 |0,317 |- |- |

|ступень кислоты | | | | | |

1. Определяем расходы СК на ступенях вихревой колонны

[Li, (i=1-5)]

Li=Li+1*[pic], кг/час

Количество слабой H2SO4, поступающей в колонну (из материального

баланса) составляет:

L6= 7654.9 кг, температура кислоты t6=150 ОС, концентрация C6=70%,

[pic]=1,494 т/м3

Количество серной кислоты, поступающей из пятой на четвертую ступень:

L5=[pic][pic]=7654.9*0.7/0.75=7143 кг/ч (4687,5 м3 /ч)

X5=0,75; t5=165 ОС, [pic]=1,524 т/м3

Количество СК, поступающей из четвертой на третью ступень:

L4=[pic][pic]=7143*0.75/0.8=6696.6 кг/ч (4273.49 м3 /ч)

X4=0,8; t4=180 ОС, [pic]=1,567 т/м3

Количество СК, поступающей из третьей на вторую ступень:

L3=[pic][pic]=6696,6*0.8/0,84=6377,7 кг/ч (4059,6 м3 /ч)

X3=0,84; t3=200 ОС, [pic]=1,571 т/м3

Количество СК, поступающей из второй на первую ступень:

L2=[pic][pic]=6377,7*0.84/0,88=6087,8 кг/ч (3848 м3 /ч)

X2=0,88; t2=220 ОС, [pic]=1,582 т/м3

Количество продукционной СК, выходящей из первой ступени:

L1 =[pic][pic]=6087,8*0.88/0,92=5823,1 кг/ч (3653,14 м3 /ч)

X1=0,92; t1=250 ОС, [pic]=1,594 т/м3

По уравнению и табличным значениям (таблица №19 ) определяем

равновесные концентрации паров серной кислоты на ступенях колонны:

[pic], Па

Рассчитываем значения пересыщения паров H2SO4 на ступенях колонны:

S=yi-1/yi; i = 2-5

По уравнению [pic][5]

Рассчитываем значения критического пересыщения паров H2SO4 на ступенях

колонны Sкр-Sкр5

Определяем соотношения Si/ Sкрi на ступенях колонны. При

Si/Sкрi [pic]1 происходит образование тумана H2SO4, а при Si/Sкрi 0,7атм. |месту |назначения | | | |кий завод г.| |

| |магистрали, | | | | | | |Томск | |

| |поступающей | | | | | | | | |

| |в днище | | | | | | | | |

| |колонны | | | | | | | | |

|11-1 |Температура |140-240 ОС|По |Термоэлектрический термометр. |ТХК 0515 |1 |1 |Приборострои| |

| |пара в общей| |месту |Матириал электродов – хром. | | | |тельный | |

| |магистрали | | |Пределы измерения 50-60 ОС | | | |завод, г. | |

| | | | | | | | |Луцк | |

|12-1 |Температура |85-90 ОС |По |Термометр сопротивления. |ТСП60-97 |1 |1 |Львовприбор"| |

| |верха | |месту |Предел измерения: [-50 ОС, | | | |г. Львов | |

| |колонны | | |+250 ОС], град 20,22. Материал| | | | | |

| | | | |– платина | | | | | |

|11-2 |Температура |140-240 ОС|По |Прибор измеряющий, |НПТЛ-14 |1 |1 |г. | |

| |верха | |месту |нормированный. Предназначен | | | |Чебоксары, | |

| |колонны | | |для преобразования сигналов | | | |з-д | |

| | | | |термоэлектрических | | | |"Электроиспо| |

| | | | |термометров, датчиков ЭДС и | | | |лнмех-ов" | |

| | | | |термометров соспротивления в | | | | | |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7