165361 (739543), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

За счет этого происходят некоторые потери кислоты при ее упаривании. В процессе разгонки тройной смеси в колонне образуются нитрозные газы, которые поступают на поглощение в абсорберы. Наиболее распространенный способ поглощения нитрозных газов водой с образованием слабой HNO₃. На поглощение поступают нитрозные газы различной степени окисления. Окислы азота, содержащиеся в нитрозных газах NO₂, N₂O₄, N₂O₃ реагируют с водой, но монооксид NO не может реагировать с водой и для перевода его в HNO₃ следует предварительно окислить его до диоксида азота:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 116 кДж.

N₂O₄ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 59,2 кДж.

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₃ + 55,6 кДж.

Процесс поглощения нитрозных газов водой связан с растворением в ней диоксида азота, четырехоксида и трикосида азота с образованием HNO₃ и азотистой кислоты.

В газовой среде вследствии взаимодействия паров воды с нитрозными газами, также получается HNO₃ и азотистая кислота, но в значительном количестве. Образовавшаяся при помощи нитрозных газов азатитсая кислота – малоустойчивое соединение.

2HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O - 75,8 кДж

Суммарная реакция образования HNO₃:

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + 2H₂O

^{____________________________________}

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₂

3HNO₂ = HNO₃ + H₂O + 2NO

^{_______________________}

3N₂O₃ + H₂O = 2HNO₃ + 4NO

Так как в нитрозных газах содержится незначительное количество триоксида азота, обычно технологические расчеты производят по NO₂. Как видно из формул 2/3 поглощенного диоксида азота идет на образование HNO₃, 1/3 его выделяется в виде монооксида азота.

Отсюда следует, что при поглощении водой нитрозных газов невозможно все количество NO₂ превратить в HNO₃, так как в каждом цикле всегда 1/3 NO_х будет выделяться в газовую фазу. Монооксид азота для дальнейшей переработки должен быть окислен кислородом до двуокиси азота по уравнению:

2NO + O₂ = 2 NO₂

Получающаяся двуокись азота опять реагирует с водой, превращаясь на 2/3 в HNO₃, а выделившаяся окись азота снова должна быть окислена. Таким образом, весь процесс поглощения распадается на ряд последовательно протекающих реакций окисления NO в NO₂ и образования HNO₃ из NO₂.

Однако указанные поглощения не являются совершенными и нитрозные газы перед выбросом в атмосферу следует дополнительно очистить от окислов азота. Отсюда следует, что в последнем абсорбере орошение ведется не водой, а концентрированной серной кислотой, которая до 0,003% поглощает окислы азоты, выбрасываемые в атмосферу газы соответствуют санитарным нормам.

В результате поглощения получается нитрозилсерная кислота:

2 H₂SO₄ +N₂O₃ = 2 NHSO₅ + H₂O + 20611 кал.

H₂SO₄ + 2 NO₂ = NHSO₅ + HNO₃ + 5709 кал.

2.5 Инженерные решения

В данный дипломный проект вводится ряд изменений, направленных на улучшение технологии переработки кислот и очистки отходящих газов.

1. На фазе улова окислов азота и паров азотной кислоты предусматривается внедрение дополнительной абсорбции отходящих газов концентрированной H₂SO₄. серная кислота реагирует с окислами азота, образуя нитрозилсерную кислоту, которая затем снова направляется в колонну ГБХ для переработки. Отходящие газы с небольшим содержанием окислов азота, выбрасываются в атмосферу.

2. Процесс регенерации отработанной кислоты переведен на автоматизированное управление с применением УВМ, что значительно снижает опасность технологического процесса и повышает качество продукции. Подача кислот в колонну ГБХ автоматизирована. Предусмотрено автоматическое отключение подачи компонентов в случае аварии.

2.6. Расчет материального баланса отделения концентрирования HNO₃ [1]

Отделение денитрации и концентрирования азотной кислоты.

Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию:

а) от нитрации HNO₃ 16-26%

H₂SO₄ 46-66%

H₂O 18-28%

б) от абсорбционной установки

HNO₃ 50%

H₂O 50%

Исходные данные для расчета

• концентрация крепкой азотной кислоты – 98%

• концентрация серной кислоты, поступающей в колонну – 91%

• концентрация отработанной кислоты, выходящей из колонны – 70%

Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей в колонну ГБХ, учитывая, что ОК – 80%, а смесь азотной кислоты и воды – 20%.

Выбираем средний состав кислот:

HNO₃ 27%

H₂SO₄ 45%

H₂O 28%

Принимаем, что в отработанной кислоте 3% АК в виде окислов азота связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции (1):

2H₂SO₄ + N₂O₃ 2HNSO₅ + H₂O (1)

Пересчитав состав кислот, получим:

HNO₃ - 25%

H₂SO₄ - 45%

H₂O - 26,1%

N₂O₃ - 0,9%

HNSO₅ - 3%

Всего - 100%

В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO₅ в колонне протекают следующие реакции:

• разложение HNSO₅

2HNSO₅ + H₂O = 2H₂SO₄ + NO₂ (2)

• разложение HNO₃

2HNO₃ 2NO₂ + H₂O + 1/2O₂ (3)

2HNO₃ N₂ + H₂O + 2*1/2 O₂ (4)

• разложение N₂O₃

N₂O₃(газ) NO (газ) + NO₂ (газ) (5)

В колонну ГБХ поступает:

1. Отработанная кислота в количестве 1000 кг,

В том числе:

HNO₃ - 250 кг

H₂SO₄ - 450 кг.

H₂O - 261 кг.

N₂O₃ - 9 кг.

HNSO₅ - 30 кг.

2. Купоросное масло 91% - х кг.

3. Перегретый пар – у кг.

4. Воздух, подсасываемый из помещения

Из колонны выходит:

1. Разбавленная 70% H₂SO₄= кг

2. Крепкая 98% HNO₃ = =242,3 кг

3. Нитрозные газы

а) в колонне 1/2 количества (1,5%) HNO₃ разлагается до NO₂ по реакции (3)

242,3х0,015 = 3,64 кг.

При этом образуются газообразные вещества:

NO₂= =2,65 кг

H₂O = =0,52 кг

O₂ = =0,46 кг.

б) по реакции (4) разлагается ½ количества (1,5%) HNO₃ до N₂:

N₂= =0,81 кг.

H₂O = =0,52 кг.

O₂ = =2,3 кг

в) при разложении N₂O₃ по реакции (5):

NO₂= =5,45 кг

NO = = 3,55 кг

г) при разложении HNSO₅ по реакции (2):

NO₂= =5,43 кг

NO = = 3,54 кг

Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав отработанной кислотной смеси и доля ее в последней составит 450кг.

д) с нитрозными газами уносится 1% HNO₃:

242,3х0,01 = 2,42 кг.

В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха):

Подсос воздуха u_под через неплотности соединений царг колонны принимаем равным 100% объема сухих газов

u_под = 15.6 нм³, в том числе:

N₂=0,78*15,6=12,17 нм³;

O₂=0,21*15,6=3,28 нм³;

или

N₂= =15,21 кг;

O₂= =4,68 кг;

Итого: u_под=19,89 кг.

Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t=20 ^ОС, относительная влажность 80%

Количество водяных паров, поступающих в колонну с воздухом (14,61*0,8)10^-3*19,89=0,23 кг, где

d₀ = 14.61 - влагосодержание

Всего воздуха: 19,89+0,23=20,12 кг.

Количество и состав сухих газов, выходящих из колонны с учетом подсоса воздуха:

Количество паров воды, уходящих из колонны (за конденсатом) с нитрозными газами при t=35 ^ОС

H₂O = , для

v= 30 нм³

p=1,8 мм. Рт. Ст – парциальное давление воды над 98% HNO₃ при t=35 ^ОС

p=133.3*1.8=239.9 Па

H₂O = кг

в объеме v= нм³

Общий состав газов, поступающих на поглощение:

Таблица №10 - Сводный материальный баланс отделения концентрирования HNO₃

Приравнивая приход к расходу, получаем уравнение материального баланса

1019,89+х+у=931,7+

у=0,43х-88,19

2.7. Расчет теплового баланса [1]

Так как в уравнении материального баланса входит распад пара (у), то будем определять его с помощью уравнения теплового расчета.

Исходные данные:

1. Температура отработанной кислоты, поступающей в колонну - 90 ^ОС

2. Температура H₂SO₄ 91% - 20 ^ОС

3. Температура отработанной кислоты H₂SO₄ 70% - 170 ^ОС

4. Температура выходящих из колонны HNO₃ и нитрозных газов – 85 ^ОС

5. Температура HNO₃ 98% из конденсатора, поступающей в колонну - 40 ^ОС

Температура крепкой HNO₃ 98%, выходящей из колонны в холодильник 85 ^ОС

1. Температура подсасываемого воздуха 20 ^ОС

Приход тепла:

1. С отработанной кислотой

Q=q₁*c₁*t₁=1000*2.22*90=119800 кДж; (47732.2 ккал)

c₁=2,22 - удельная теплоемкость отработанный кислоты при температуре 90 ^ОС

1. С перегретым паром, теплосодержание которого при t=220 ^ОС равно 700.8 кДж; Q₂=700,8*у

2. Теплота от H₂SO₄ состоит из физической теплоты и теплоты разбавления

= +

Физическая теплота определяется по формуле

Характеристики

Список файлов реферата