Производство неконцентрированной азотной кислоты (стр. 7 из 9)
По номограмме В.А. Каржавина [3] определяем практическую степень окисления оксида азота: x=0,54.
Степень приближения практической степени превращения к равновесной:
99,81%x 54% x=
x=54%Определяем практический состав газа.
Окисляется монооксида азота:
;Остается:
;Расходуется кислорода:
;Остается кислорода:
;Содержание NO2 в нитрозном газе на выходе из аппарата:
241,01+63,21=304,22
.Таблица 3.2
Материальный баланс процесса окисления NO в NO2 в холодильнике-конденсаторе
| Приход | Расход | ||||||||
| Компонентный состав | нм3/т | % | кг/т | % | Компонентный состав | нм3/т | % | кг/т | % |
| NO | 117,05 | 3,09 | 223,62 | 5,61 | NO | 53,84 | 1,43 | 72,15 | 1,89 |
| NO2 | 241,01 | 6,36 | 148,55 | 3,73 | NO2 | 304,22 | 8,09 | 164,27 | 4,31 |
| O2 | 135,19 | 3,57 | 186,37 | 4,68 | O2 | 103,59 | 2,76 | 148,13 | 3,89 |
| N2 | 2691,38 | 71,03 | 3364,23 | 84,44 | N2 | 2691,38 | 71,63 | 3364,23 | 88,29 |
| H2O | 604,54 | 15,95 | 61,44 | 1,54 | H2O | 604,54 | 16,09 | 61,44 | 1,61 |
| Всего: | 3789,17 | 100,00 | 3984,21 | 100,00 | Всего: | 3757,57 | 100,00 | 3810,22 | 100,00 |
Газ после окисления NO в NO2 имеет следующий состав:
| Компонентный состав | нм3/т | об.% | кг/т | кмоль/т | %масс. |
| NO | 53,84 | 1,43 | 72,15 | 1,80 | 1,89 |
| NO2 | 304,22 | 8,09 | 164,27 | 3,57 | 4,31 |
| O2 | 103,59 | 2,76 | 148,13 | 4,63 | 3,89 |
| N2 | 2691,38 | 71,63 | 3364,23 | 120,15 | 88,29 |
| H2O | 604,54 | 16,09 | 61,44 | 3,41 | 1,61 |
| Всего: | 3757,57 | 100 | 469,79 | 133,56 | 100 |
Выразим парциальное давление паров воды через общее давление и концентрацию:
PH2O=Pобщ
;Тогда
;Процесс в холодильнике-конденсаторе происходит при следующих условиях:
-концентрация HNO3 60-65%масс.
-температура 60-65°C
Упругость паров воды над 65-% кислотой при 65°С-54,5мм.рт.ст. [3].
Принимаем, что на выходе из холодильника-конденсатора нитрозные газы содержат Х паров воды, тогда
PH2O=54,5мм.рт.ст.
Pобщ = 0,36 МПа;
1мм.рт.ст.-133,3Па
Х-0,36
106 Па Х= 
=2700,07мм.рт.ст; 
; Х= 2,68кмоль/т133,56- количество газа, прошедшее через холодильник- конденсатор в кмоль/т;
3,42-количество водяных паров на входе в холодильник-конденсатор.
Конденсируется паров воды:
кмоль/т или 13,14кг/т;В этом количестве воды будет растворено У кг/т моногидрата азотной кислоты с образованием 65-% кислоты (3.4), тогда можно записать, что
, тогда У=19,29кг/т.Остается воды:
кг/т;Х1 13,14 19,29 Х2
3NO2+H2O=2HNO3+NO (3.4)
3
18 2 
30ОтсюдаХ1=21,13кг/т;
Остается оксида азота (IV):
кг/т;Х2=4,59кг/т;
Остается оксида азота (II):
кг/т;Количество сконденсировавшейся азотной кислоты:
19,29кг/т-65%
mвсего-100% mвсего=29,68кг/т;
Таблица 3.3
Состав газа после процесса конденсации
| Компонентный состав | нм3/т | % об | кг/т | % масс | кмоль/т |
| I.Нитрозный газв т.ч. | 3117,43 | 100,00 | 3954,53 | 100,00 | 137,13 |
| NO | 179,69 | 5,76 | 228,21 | 5,77 | 5,71 |
| NO2 | 95,09 | 3,05 | 127,42 | 3,22 | 2,77 |
| O2 | 90,9 | 2,92 | 186,37 | 4,71 | 5,82 |
| N2 | 2691,38 | 86,33 | 3364,23 | 85,07 | 120,15 |
| H2O | 60.37 | 1,94 | 48,3 | 1,22 | 2,68 |
| II.Азотная кислота в т.ч. | 27,8 | 100,00 | 29,68 | 100,00 | 0,89 |
| а)HNO3(100%) | 12,11 | 43,56 | 19,29 | 65 | 0,31 |
| б)H2O | 15,69 | 56,44 | 10,39 | 35 | 0,58 |
| Всего: | 3984,21 |
Таблица 3.4.
Материальный баланс холодильника-конденсатора нитрозных газов.
| Приход | Расход | ||||||||
| Компонентный состав | нм3/т | %об. | кг/т | % масс. | Компонентный состав | нм3/т | % об. | кг/т | % масс. |
| I.Нитрозный газ, в т.ч. | I.Нитрозный газ, в т.ч. | 3117,43 | 100,00 | 3954,53 | 100,00 | ||||
| NO | 117,05 | 3,09 | 223,62 | 5,61 | NO | 179,69 | 5,76 | 228,21 | 5,71 |
| NO2 | 241,01 | 6,36 | 148,55 | 3,73 | NO2 | 95,09 | 3,05 | 127,42 | 3,22 |
| O2 | 135,19 | 3,57 | 186,37 | 4,68 | O2 | 90,9 | 2,92 | 186,37 | 4,71 |
| N2 | 2691,38 | 71,03 | 3364,23 | 84,44 | N2 | 2691,38 | 86,33 | 3364,23 | 85.07 |
| H2O | 604,54 | 15,95 | 61,44 | 1,54 | H2O | 60,37 | 1,94 | 48,3 | 1,22 |
| Всего: | 3789,17 | 100,00 | 3984,21 | 100,00 | II.Азотная кислота в т.ч. | 29,68 | 100,00 | ||
| а)HNO3(100%) | 19,29 | 65 | |||||||
| б)H2O | 10,39 | 35 | |||||||
| Всего: | 3984,21 | ||||||||
Целью теплового расчета является определение количества воды, необходимой для охлаждения нитрозного газа при данных условиях.
Исходные данные:
-температура нитрозных газов на входе в холодильник, 0С 130
-температура нитрозных газов на выходе из холодильника, 0С 55
-температура охлаждающей воды , 0С 25
Температурные ряды и теплоты образования веществ, участвующих в процессе.
| Соединение | Температурный ряд | Энтальпия,кДж/моль | ||
| A | b | c’ | ||
| O2 | 31,46 | 3,39  | -3,37  | 0 |
| N2 | 27,87 | 4,27 | 0 | 0 |
| H2O | 30 | 10,71 | 0,33 | -241,84 |
| NO | 29,58 | 3,85 | -0,59 | 90,37 |
| NO2 | 42,93 | 8,54 | -6,74 | 33,89 |
Тепловой баланс холодильника-конденсатора
Тепловой баланс холодильника-конденсатора имеет следующий вид:
Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q1’+Q2’+Q3’+Q4’,
где Q1-тепло, вносимое нитрозным газом;
Q2-тепло окисления монооксида азота в диоксид;
Q3-тепло образования моногидрата;
Q4-тепло разбавления моногидрата;
Q5-тепло конденсации воды;
Q1’-тепло, уходящее с нитрозным газом;
Q2’-тепло, уходящее с кислотой;
Q3’-теплопотери;
Q4’-тепло отводимое с охлаждающей водой;
Приход тепла.
Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на входе в холодильник-конденсатор при температуре 130
или 403К. 
Теплоемкость кислорода:
Теплоемкость азота:
Теплоемкость воды:
Теплоемкость оксида азота (II):
Теплоемкость оксида азота (IV):
Средняя теплоемкость нитрозного газа на входе в аппарат:
1)Тепло, вносимое нитрозным газом:
Q1=
где V –объем нитрозного газа, проходящего через холодильник-конденсатор, нм3/т;
tвх- температура нитрозного газа на входе в холодильник-конденсатор,
2)Тепло окисления монооксида азота в диоксид:
Q2=
где 57070,05- теплота окисления монооксида азота в диоксид, кДж/кмоль;