Курсовой проект состоит из графической части схема производства hno (стр. 4 из 6)

Для отвода тепла, выделяющегося в процессе поглощения нитрозных газов, на тарелках размещены охлаждающие змеевики (трубки диаметром 38x2,5 мм), по которым проходит вода.

Суммарная поверхность охлаждения в колонне, равная 500 м², распределяется по тарелкам следующим образом:

Номера тарелки Число рядов Охлаждающая

(считая снизу) змеевика поверхность одной

тарелки, м²

1-3 4 42

4-8 3 31,5

9-11 2 21,0

12-21 2 11,0

22-25 1 5,5

26-27 - без охлаждения

28-29 2 11,0

30-40 - без охлаждения

Рассмотрим основное оборудование установки получения HNO₃ с комбинированным давлением.

Контактный аппарат является частью комбинированного агрегата, состоящего из картонного фильтра, конвертора и котла утилизатора.

Картонный фильтр, расположенный в верхней части аппарата имеет диаметр 3020 мм, высоту 1528 мм и содержит несколько кассет. Пройдя кассеты газовая смесь через окна поступает во внутренний цилиндр и далее во входной конус конвертора.

В месте перехода конической части конвертора в цилиндрическую расположена решетка диаметром 2890 мм, которая служит для создания равномерного потока газовой смеси. Это способствует более равномерному распределению нагрузки по поверхности катализатора и поддержанию одинаковой температуры на всей площади сетки. Диаметр рабочей части катализаторных сеток 2800 мм. Поверхность трех катализаторных сеток при толщине нити 0,09 мм составляет 33,4 м². Сетки опираются на колосники, ниже их на решетке располагается слой металлических колец (32х32х1мм) высотой 250 мм. Этот слой выполняет роль аккумулятора тепла, облегчающего розжиг аппарата после кратковременной остановки. Одновременно на кольцах задерживается часть наиболее крупных частиц платины. Нижняя часть конвертора футерована жаркостойким кирпичом и присоединяется непосредственно к верхней части котла-утилизатора прямоточного типа.

Котел-утилизатор. Общая длина котла 7247 мм, диаметр 1600 мм, длина трубной части 5000 мм. Корпус котла сварной, изготовлен из стали толщиной 14 мм. Трубки котла диаметром 44,5 мм (194шт) и анкерные трубки (47 шт) размещаются в нижней части барабана (высота 750 мм).

Нитрозные газы проходят по трубкам, в межтрубном пространстве находится вода и пар. В торцах котла расположены камеры для входа и выхода нитрозных газов. Входную камеру футеруют шамотным кирпичом для предохранения металла от прогорания.

Поверхность нагрева котла-утилизатора 144 м², производительность 1150 кг/ч пара давлением 9 ат, перепад температуры нитрозных газов от 710 до 250^оС. Количество пропускаемого нитрозного газа 4900 м³/час.

Котел снабжается манометром, предохранительными клапанами и прочей арматурой.

Проектируемым аппаратом является абсорбционная колонна. Она представляет собой сварной вертикальный цилиндрический сосуд, выполненный из листовой стали 1х18Н9Т толщиной 8 мм (диаметр колонны 1800 мм, высота 44730 мм). Насадка колонны состоит из 40 тарелок, располагаемых по высоте на различном расстоянии друг от друга: в нижней части интервал между тарелками составляет 1200 мм, в верхней части 1000 мм. Тарелки имеют отверстия диаметром 1,5 мм, расположенные в шахматном порядке с шагом 9 мм.

Для ремонта деталей, расположенных внутри колонны, в ее стенке около каждой тарелки, снабженной охлаждающими змеевиками, устроены лазы диаметром 620 мм. Внутренний объем колонны равен 316 м³, что соответствует удельному объему 2,34 м³/т HNO₃, вырабатываемой агрегатом в сутки при давлении 3-3,5 ат. Удельная поверхность охлаждения соответственно равна 3,72 м²/т HNO₃ в сутки.

Масса колонны 58 т, из которых 55 т составляет нержавеющая сталь.

Основная характеристика турбокомпрессоров, применяемых для сжатия нитрозных газов, приведена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика турбокомпрессоров для сжатия нитрозных газов.

Показатели	Турбокомпрессоры
	К-4800-42-1 (Невский завод)	К-4800-42-1 (Невский завод)	Фирмы «Браун-Бовери»	Фирмы «Эшер-Вис»
Производительность при 0оС и 760 мм рт.ст., м3/мин Число оборотов турбо- компрессора, об/мин Охлаждение Условия всасывания температура, оС давление, ат Условия нагнетания температура, оС давление, ат Мощность потребля-емая компрессором, квт Рекуперационная турбина (детандер): Количество газа, проходящего через детандер при 0оС и 760 мм рт.ст. м3/мин Число оборотов, об/мин Условия на входе в детандер температура, оС давление, ат Давление на выходе, ат Мощность, квт детандера двигателя паровой турбины Редуктор	350 8100 без охлаждения 53 0,905 264 3,78 1700 288 8100 280 2,95 1,0 650 - - Есть	415 8100 без охлаждения 50 0,921 280 4,0 2080 270 8100 260 3,44 1,05 890 1050 1300 Нет	275 8250 внутреннее 50 0,97 - 7,4 1830 167 8250 100 5,0 1,1 300 1980 - Есть	275 5900 выносное 50 0,97 - 7,0 1655 167 1655 до 450 5,0 1,1 845 1740 Есть

2.3 Определение основных размеров абсорбционной колонны (мощность 55 т/сутки)

Составление материального баланса контактного узла. Теоретический расход аммиака на 1 т HNO₃, согласно уравнению:

составит

17 / 63· 1000 = 270 кг

Фактический расход аммиака при степени конверсии 97 % и степени поглощения оксидов азота 98 % равен:

кг

Общий расход аммиака за 1 ч составит:

284· 55 / 24 = 651 кг или 651 / 17 = 38 моль

Определяем часовой расход воздуха при содержании 10,5 % NH₃ в аммиачно-воздушной смеси:

38 (100 – 10,5) / 10,5 = 324 моль

Приняв, что воздух содержит 21% О₂ и 79% N₂. Определим количество поступающего кислорода:

324· 0,22 = 68 моль или 68 · 32 = 2176 кг

Количество других газов, поступающих с воздухом, в пересчете на азот составит:

324· 0,79 = 265 моль или 256 · 28 = 7168 кг

Содержание паров воды в воздухе в данном случае не учитываем.

Дальнейший расход ведем на часовой расход газа. Количество аммиачно-воздушной смеси, поступающей в конвертор за 1 ч, составит:

Кмоль объемн,% кг вес,%

NH₃ 38 10,5 651 6,50

O₂ 36 18,8 2176 21,77

N₂ 256 70,7 7168 71,73

Всего 362,0 100,0 9995,0 100,0

Состав газа после окисления аммиака в соответствии с принятой степенью конверсии 97% рассчитываем в соответствии с реакциями:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

После окисления аммиака газ имеет следующий состав:

Кмоль объемн,% кг вес,%

NО 36,9 9,93 1107 11,08

O₂ 21,1 5,68 675 6,75

Н₂О 57,0 15,34 1026 10,26

N₂ 256,6 69,05 7187 71,9

Всего 371,6 100,0 9995,0 100,0

Составление материального баланса абсорбционного узла

1. Определение количества конденсата. Количество окиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит:

36,9 · 0,422 = 15,6 моль

На образование азотной кислоты по реакции

2NО + H₂O + 1,5O₂ = 2НNО₃

расходуется воды:

15,6 / 2 = 7,8 моль

Количество сконденсировавшей воды (х) при образовании 53%-ной азотной кислоты можно вычислить из уравнения:

15,6 · 63 · 100 / (15,6 · 63 + х ·18) = 53; где х = 48,8 моль

Общее количество сконденсировавшей воды:

48,4 + 7,8 = 56,2 моль

Количество образующейся 53%-ной азотной кислоты равно:

15,6 + 48,4 = 64 моль

2. Определение количества и состава газа после холодильника. Количество кислорода, расходуемого на окисление окиси азота и образования азотной кислоты, определяем по суммарному уравнению:

2NО + H₂O + 1,5O₂ = 2НNО₃

15,6 · 0,75 = 11,7 моль

Количество кислорода израсходованного при дополнительном окислении окиси азота, рассчитываем по реакции:

2NО + O₂ = 2NО₂

С учетом степени окисления окиси азота, по практическим данным, равной 27%:

(36,9 – 15,6) · 0,27 · 0,5 = 2,88 моль

Остается кислорода в газе:

21,1 – 11,7 – 2,88 = 6,52 моль

Образуются двуокиси азота:

(36,9 – 15,6) · 0,27 = 5,75 · 0,27 = 1,55 моль

Остается окиси азота в газе

5,75 – 1,55 = 4,2 моль

Газ, выходящий из холодильника-конденсатора имеет следующий состав:

Кмоль объемн,% кг

NО 4,2 1,56 126

NO₂ 1,55 0,54 71,3

O₂ 6,52 2,4 208,6

Н₂О 0,8 0,3 14,4

N₂ 256,6 95,2 7187

Всего 269,67 100,0 7607,3

Состав конденсата:

HNO₃ 15,6 · 63 = 982,8 кг, или 53 %

Н₂О 48,4 · 18 = 871,2 кг, или 47 %

Всего 1854 кг

Составление материального баланса абсорбционной колонны.

Нитрозные газы после холодильника и сепаратора поступают под 1-ю тарелку колонны, конденсат – на 4-7-ю тарелки. Общее количество получаемой HNO₃ при степени поглощения оксидов азота 98% составит:

36,9 · 0,98 = 36,16 моль (2278 кг)

Потери кислоты равны:

36,9 – 36,16 = 0,74 моль

Количество кислорода необходимого для получения азотной кислоты, определяется по уравнению: