Регенерация азотной и серной кислоты (стр. 9 из 19)

Q_70% = 427,4 кДж/кг – теплота разбавления до 70%

Q_91% = 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

Q_д= 58530,51 + 54,48 х к`Дж

Q_расх = 5911581,38 + 5502,82 х кДж

10. Для определения расхода топлива ^приравниваеме приход тепла к расходу:

Q_общ = Q_расх

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: х=1,2792,95	118.05	231.87
N₂: х=24,4392,95	2270.77	2838.46
O₂: =374,59+0,38*22,4/32	374.86	535.51
SO₂: 22.4/64	0,53	1,5
H₂O: +	2249,43	1807,58
H₂SO₄: *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	%
1. Газы из топки	3805,63	33,2	1. Газы в аотмосферу	5417,22	46,26
2. Серная кислота 70%	7654,87	66,8	2. серная кислота 91%	6043,72	52,72
3. Пары серной кислоты	2,3	0,02
Всего:	11460,5	100	Всего:	11460,5	100

Таблица №17 - Тепловой баланс концентрирования серной кислоты

Приход		Расход
статьи прихода	КДж	Статьи расхода	кДж
1. С серной кислотой 70%	2617934,76	1. С серной кислотой 91%	2452681,6
2. С дымовыми газами	6423107,92	2. С водяным паром	4399429,15
3. С дымовыми газами	672179,0
4. На испарение серной кислоты	1175,76
5. Теплота разложения	5372,14
6. С продуктами разложения	171,08
7. Теплота дегидратации	1446439,52
8. Потери в окружающую среду	63594,43
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.

П_сут=

, где

П_год-10000 т/год

n – время на ремонт и простои оборудования

П_сут=

=29,85 т/сут

П_час=

=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.

Рассчитаем суточную и часовую производительность вихревой колонны:

П_сут=

=95.52 т/сут

П_час=

=3,98 т/час

3.2 Расчет количества аппаратов

П_год – годовая производительность

П_час – часовая производительность

КИО – коэффициент использования оборудования

Т_эф – эффективный фонд времени работы аппарата, ч

Денитрационная колонна ГБХ

Т_эф=8040 час/год

КИО=0,95

П_год=10000 т/год

П_час=1,24 т/час

=1.1 шт

Выбираем 1 аппарат

Вихревая колонна

Т_эф=8040 ч/год

КИО=0,9

П_год=32000 т/год

П_час=3,98 т/час

=1.1 шт

Выбираем 1 аппарат

Абсорбер для улова паров азотной кислоты и окислов азота:

Т_эф=8760-1404 =7365 ч

КИО=0,86

П_год=5337000 т/год

П_час=5337000/7356 =725,5 т/час

=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: S_кр>

=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, S_кр	4,5	6	7,1	12,27
7. Отношение: S : S_кр	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 (x_i) и температур (t_i) 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, S_кр	4,3	6	7,1	12,27
6. Отношение: S : S_кр	0,88	0,75	0,49	0,59
7. Брызгоунос на 1 кг подаваемой на ступень кислоты	0,319	0,318	0,317	-	-

1. Определяем расходы СК на ступенях вихревой колонны

[L_i,(i=1-5)]