Виробництво азотної кислоти (стр. 2 из 5)
1. Визначимо фізичне тепло, внесене з АВС:
де Сс = 29,74 - середня теплоємність повітряної-аміачно-повітряної суміші, кДж/(кмоль·град).
2. Визначимо тепло, що виділяється при протіканні реакції:
де 905800 – кількість тепла, що виділяється при утворенні 1 кмоль окису азоту.
Прихід тепла: Qпр = 1768343 + 3629265 = 5397613 кДж
3. Визначимо фізичне тепло, яке виноситься з нітрозними газами, позначивши через tк температуру на виході з апарата:
4. Визначимо втрати тепла:
Q4= 5397613·0,05 = 269881 кДж
Витрата тепла: Qрасх = 269881 + 7234,3tк кДж
Дорівнюючи прихід теплоти витраті, визначаємо температуру нітрозних газів на виході з контактного апарата:
5397613 = 269881 + 7234,3 tк
tк= (5397613 – 269881)/7234,3 = 708,80С
1.1.2 Завдання 2
На окислювання надходить суха АВС, що містить 8,5% про. аміаку. Ступінь конверсії аміаку - 98%.
На скільки градусів підвищиться температура в результаті реакції, якщо тепловтратами зневажити?
Рішення:
1.1.3 Завдання 3
Розрахувати діаметр сітки платино-родієвого каталізатора для контактного апарата продуктивністю 70 т/добу HNO3.
Вихідні дані:
- ступінь конверсії аміаку (К1) – 97%;
- ступінь абсорбції (К2) – 99%;
- концентрація аміаку в АВС (К3) – 11%;
- тиск в апарату - 1 атм;
- напруженість каталізатора 600 кг/(м2∙ добу.)
Рішення:
m(NH3) = (70 ∙ 1000 ∙17)/(63 ∙0,97 ∙ 0,99)-19700 кг/добу
600 = 19700/Fc Fc=19700/600=32,8 м2
Приймаємо: d = 0,009 см, число плетив в 1 см2 площі сітки – 1024 (як найпоширеніше в практиці) і знаходимо активну поверхню 1 м2 сітки:
Fc =2 ∙ 3,14 ∙ 0,009 ∙
= 1,81 м2Звичайно при окислюванні при атмосферному тиску укладають разом 3 сітки.
Залежність константи рівноваги реакції
2NО + O2 = 2NO2 + 112,4 кДж/моль (21)
від температури виражається рівнянням
(22)позначивши через:
2а й b - початкові концентрації NO і O2, % об.;
Р - загальний тиск газу;
2α - ступінь окислювання окису азоту, частки одиниці;
одержимо наступне вираження для парціальних тисків компонентів, що входять у рівняння (1):
Тоді вираження для константи рівноваги з використанням парціальних тисків буде мати вигляд:
(23)Швидкість окислювання окису азоту киснем виражається рівнянням:
(24)Це рівняння справедливо при температурах нижче 1000С. У цьому випадку дисоціацією NO2 можна зневажити. При температурах вище 1000С необхідно враховувати протікання зворотної реакції.
Виразивши через х частку зменшення концентрації кисню за час τ і підставивши прийняті раніше позначення концентрацій компонентів у рівняння (2), а потім проінтегрувавши його, одержимо рівняння для визначення швидкості окислювання:
(25)де константа
, кмоль/лτ - час, хв.
Якщо зменшення концентрації кисню виразити через ступінь окислювання
, то можна одержати наступне рівняння для визначення швидкості окислювання: 
(26)При вираженні концентрації компонентів у частках одиниці або через парціальні тиски рівняння (3) прийме вид:
(27)Кержавін, позначивши
й підставивши в рівняння (3.26) 
, одержав рівняння 
(28)На підставі якого побудував номограму для визначення часу окислювання окису азоту. При
ступінь окислювання залежить тільки від значення добутку 
. Ця номограма дозволяє легко визначити значення α для різних умов.Процес окислювання окису азоту до двоокису супроводжується утворенням димера N2O4
2NO2 = N2O4 + 56,8 кДж/моль, (29)
що необхідно враховувати при розрахунку процесу окислювання окису азоту.
Константа рівноваги реакції полімеризації NO2 виражається рівнянням:
(30)в області низьких концентрацій NO2 визначається по формулі:
(31)Якщо в нітрозному газі поряд з NO2 є присутнім і NO, то утвориться також і N2O3:
O + NO2 = N2O3 + 40,1 кДж/моль (32)
2.1 Технологічні розрахунки
2.1.1 Завдання 4
Розрахувати ступінь полімеризації NO2 для газової суміші в якій міститься 5 % об. NO2 у вихідному газі, якщо тиск газу становить 105 Па, а температура 400С. Константа рівноваги дорівнює 0,435. Розрахунок вести на 100 м3 вихідної газової суміші.
Рішення:
Для 100 м3 вихідні газові суміші, що містить 5 % про. NO2, зміна об'єму в результаті полімеризації складе: 2NO2 = N2O4
Позначимо об'єм полімеру, що утворився (Х), тоді об'єм NO2 складе (5 - 2Х)
Мольні частки в цьому випадку (Р = 105 Па) дорівнюють парціальним тискам мономера й димера в момент рівноваги:
Кількість двоокису азоту, який полімеризується складе:
2.1.2 Завдання 5
Скласти матеріальний баланс холодильника-конденсатора у виробництві азотної кислоти продуктивністю 14,5 кг/година.
Газ, що надходить із теплообмінника в холодильник-конденсатор, має наступний склад:
| Речовина | кмоль | % об. | кг | м3 |
| NО | 2,87 | 1,8 | 86,06 | 64,26 |
| NО2 | 13,07 | 8,19 | 601,12 | 292,72 |
| О2 | 3,04 | 1,90 | 97,17 | 68,02 |
| Н2О | 26,56 | 16,65 | 477,82 | 594,62 |
| N2 | 114,03 | 71,46 | 3192,79 | 2554,15 |
| Усього | 159,57 | 100,00 | 4454,96 | 3573,77 |
Рішення: