Методика расчета материального баланса первой тарелки абсорбционной колонны в производстве азотной кислоты.

Пр-сс абс-ии осущ. в многотар. абс к-не. Расчет 1-й тар. вып-м для час расхода НГ в абс кол в V 53813,8 м³/ч, соответ-его произв. к-ны по HNO₃ (100%) 14,8 т/ч.

Исх д.: 1) сост. НГ после смеш-я с добав-м возд. на вх в кол (NO-1,109%; NO₂-5,013;O₂ - 5.037; H₂O - 0,853; N₂ - 87,915; HNO₃ - 0,073). 2) Ø абс кол, 3,2м; 3) Р НГ на вх в кол 6,64ата=0,613МПа; t НГ в объеме над 1 тар 60С; t пенного слоя над тар 40С; 4). V окисл-го простр. под 1 тар 4,6м³; 5). Н перелива тар 0,15м; Ø отв-й 2,2мм; шаг 10мм; живое сеч-е 5%; 6). Конц. прод-ой АК, покид-ей 1 тар 58%мас.

Расчет: 1) объем. скор. НГ в окисл-м простр. под 1 тар-й: PV/T=P₀V₀/T₀ след-о: V= TP₀V₀/T₀P, м³/с; 2) t преб-ия НГ в окисл-м простр.: t=4,6/V 3) лин-я скор. г. в своб сеч-ии: n^/=V/S, м/с 4) Степ окисл. NO, a, доли ед при прох-ии НГ окисл-го V за время t. Восп-ся ур-ем t*k*a²P ² =(a/(g-1)*(1-a))+(1/(g-1)²)*ln(g(1-a)/g-a) где a-степ. окис-я NO, д.ед; t-вр. окис-я,с; k- конст. скор. р-ии, 1/%об²*с; a-нач половинная кон-я NO, %об; Р-общ. Р г., атм; g=b/a, b-отнош. конц. O2 в г. к полов-й конц. NO. Знач. k прив-ы в табл, a=0,555%об, Р=6,64атм, g=9,08. Подст-м в ур-е, выч-м лев часть ур-я. Решен. ур-я яв-ся такое знач. a, при кот прав.ч=лев.ч. Опр-м приблиз. знач. a, исп-я диагр. Коржавина. Прин-м a=0,36. Опр-м точное знач. a. Подст a в области 0,36. В пр.ч. ур-я устанавл., что п ч = л ч при a (рассч-м с точ-ю до 0,001). 5) рас-ем изм. сост. г.: 2NO+O2Û2NO2. Окисл-ь NO: кол-во кмоль=(исх д.)*a. Ост-сь: кол-во кмоль (исх д.)-кол-во кмоль окисл-го по р-ии. Стало NO2 кол-во кмоль (исх д.)+ кол-во кмоль NO окисл-го по р-ии. Ост-сь O2 кол-во кмоль (исх д.)-0,5*кол-во кмоль окисл-го по р-ии. 6) выч-м сост. НГ на вых из окисл-го V, т.е на вх в тар:NO,NO2,O2, N2+H2O+HNO3, кмоль и %об.(табл). 7) нитрозность и степ. окисл-ти NOх на 1 тар-у: С_NOx=%об NO+%обNO2. β-степ. окисл-ти: β =%обNO₂*100/ С_NOx. Рас-ли пр-сс в окисл-ом V под тар 1. Перех-м к расчету на тар. 8) рас-ем част-ю конст. равн. К₁ из ур-я. Расчет в инт-ле t 20-80С и С_HNO3=40-70% масс.Выполн-ся зав-ть lgK₁ от t,С и С_HNO3. 9) Расс-м К₃= P_NO2²/ P_N2O4 из ур-я зав-ти lgК₃=f(Т,Р-парц Р-е, атм). 10) Равн-е парц Р NO₂ над 58%-й к-той по ур-ю 3К₁*х³+2х²/ К₃+х=3a+b+2c опр-м х, атм. 11) общ. парц Р NOх в сост. равн-я в г. над тар 1: Рр=Р_NO+2P_N2O4+P_NO2 или Рр=3К₁*х³+2х²/ К₃+х. 12) теор-е ум. парц Р NOх вслед-и их частичн. превр-я в HNO₃ на тар 1 сост-ет: DРт=Рнач-Рр. 13) КПД расс-ся по ф-ле h=(8,73*Р^0,15*С_NOх^0,1*a^0,4Н^0,15 С_HNO3^0,1/W^0.26d^10.15S^0.13T^0.87). где Р-общ. Р г.а, атм; С_NOх-общ. конц. NOх в НГ; a-степ. окисл-ти NOх, доли ед; Н- Н перелива жид. на тар, м; С_HNO3-конц. HNO₃,% мас; W-скор. г. в полом сеч-е к-ны, м/с; d -ø отв-й ситч. тар, м; S-доля своб сеч. тар, д.ед; Т-Т р-ра на тар, К. 14) Практ. ум. парц Р NOх DРпр=h*DРт . 15) парц Р NOх ум. за счет того, что NO₂(г) превр-ся в HNO₃(ж), согл-о р-ии 2NO₂(г)+NO₂(г)+H₂O(ж)=2HNO₃(ж)+NO(г) из чего вытек-т, что кол-во NO₂, превр-ся в HNO₃=кол-ву образ-ся HNO₃. Выч-м кол-во NO₂, превр-ся в HNO₃, кмоль: m_NO2=m_NOх* DРпр/Рнач. Кол-во образ-ся HNO₃: m_HNO3=m_NO2 кмоль. 16) кол-во NO₂, затрат-ся на кислотообр-е по р-ии 3NO₂г+H₂Oж=2HNO₃г+NOг : 1,5 m_HNO3 , кмоль. Кол-во образ-ся вторич. NO по р-ии 0,5 m_HNO3 кмоль; кол-во NO₂ и NO в г. после 1 тар: NO₂ кол-во NO₂ на вых из окисл-го V, т.е. на вх в тар1 (дейст-е 6) - 1,5 m_HNO3; NO кол-во NO (дейст-е 6) + 0,5 m_HNO3 17) расс-м сост. г. после тар1: NO, NO₂, O₂, N₂+H₂O+HNO₃ (кмоль, %об). Эт. сост. г. явл. исх. для расчета тар 2. 18) Расс-м Р НГ после тар 1: 1) Р в рез-те пон-я V (за счет пер-ки NO₂ в HNO₃) и ум Т от 60 до 40С: Р= Р НГ на вх в кол (исх д.)-∆Р(0,01)=6,63 ат. НГ вых. из тар 1 и идет в окислит V под тар 2. Сниж. Р в объеме под тар и над тар 1 равно Р НГ на вх в кол (исх д. 6,64 атм)-Р2(велич. Исх. в расчете тар 2). 19) Рассч. m НГ на вх. в окисл. V под тар 1. 20) Рассч m НГ после тар 1. 21) расчет конц-и АК, стек-й со 2 тар.: конц. к-ты, стек-ей с нижерасп-й тар.-исх велич. при расчете этой тар. m HNO₃ в прод-ом 58% р-ре АК сост. 14,8т/ч (исх д.). 22)Кол-во HNO₃ в прод-м р-ре: 14,8/63,01-моляр m АК = 234,88 кмоль. 23) m воды в прод-м 58% р-ре к-ты: 14800*42/58=10717 кг. 24) Кол-во воды в прод-м р-ре: 10717/18,01=595,07. 25) Кол-во HNO₃, стекающем в раст-ре со 2 тар.: кол-во HNO₃ в прод-м р-ре (дей-е 22)-(дей-е 15). 26)Кол-во H₂O, пош-е на обр-е кмоль HNO₃ (дей-е 15) на 1 тар согл-о стех-и р-и: 0,5*кмоль HNO₃ (д-е 15). 27) Кол-во воды в раст-ре, стек-м со 2 тар: 595,07 (д-е 24)+Кол-во H₂O, поше на обр-е кмоль HNO₃ (д-е 26). 28) Массы HNO₃ и H₂O в р-ре, стек-м со 2 тар: HNO₃ (д-е 25)*63,01 H₂O (д-е 27)*18,01. 29) Мас конц. HNO₃ в раст-ре, стек-я со 2 тар: (дей-е 28 HNO₃)*100/(дей-е 28 HNO₃)+ (д-е 28 H₂O).