Производство концентрированной азотной кислоты
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
°та УКЛ- 7 давление в системе составляет 0,716 МПа. Температура нитрозного газа на выходе с сеток контактного аппарата (согласно расчетам теплового баланса стадии окисления аммиака кислородом воздуха, представленным ниже) равна 879 С.
Тогда степень приближения реакции (1.9.) к равновесию:
В результате окисления аммиака по реакции (1.9.) образуется NO:
где 30- молярная масса оксида азота (II), г/моль.
В результате окисления аммиака по реакции (1.10.) образуется азота:
,98 • (1 - 0,9350) • 2 • 28 / 4 / 17 = 238,85 кг/ч,
где 28 и 17- молярные массы азота и аммиака соответственно, г/моль.
Поскольку азот в контактный аппарат также вводится с воздухом, то в нитрозном газе его содержится:
где 28- молярная масса азота, г/моль.
В результате окисления аммиака по реакциям (1.9.) и (1.10.) образуется водяных паров:
4461,98 • 6 • 18 / 4 / 17 = 7086,67 кг/ч.
Поскольку водяные пары в контактный аппарат также вводится с воздухом, то в нитрозном газе их содержится:
где 18- молярная масса водяных паров, г/моль.
В процессе окисления аммиака по реакциям (1.9.) и (1.10.) расходуется кислорода:
по реакции (1.9.)
,98 • 0,9350 • 5 • 32 / 4 / 17 = 9816,36 кг/ч;
по реакции (1.10.)
,98 • (1-0,9350) • 3 • 32 / 4 / 17 = 409,45 кг/ч;
всего
,36 + 409,45 = 10225,81 кг/ч.
В нитрозном газе на выходе из контактного аппарата остается кислорода:
где 32- молярная масса кислорода, г/моль.
Таким образом, в процессе окисления аммиака образуется нитрозного газа:
Состав нитрозного газа на выходе из контактного аппарата.
Компонент% об.% масс.NOO2N2H2OВСЕГО:100,00100,00
Мольное соотношение [O2 : NH3]: 459,08 / 262,47 = 1,75.
Согласно стехиометрии реакций (1.9.) и (1.10.) для окисления 4461,98 кг/ч аммиака в контактный аппарат с воздухом необходимо ввести 10225,92 кг/ч кислорода. Избыток кислорода относительно стехиометрического количества:
Коэффициент пересчета с часовой производительности на 1 т моногидрата азотной кислоты составляет:
,00 / 15151,52 = 0,066,
где 15151,52- производительность установки, кг 100%-й HNO3/ч.
Результаты расчета материального баланса заносятся в таблицу 3.1.
От сеток контактного аппарата до окислителя температура газа понижается с 850 - 880С до 250С. Данный процесс сопровождается частичным окислением NO в NO2. Согласно практическим данным на данном участке степень окисления NO в NO2 составляет 42%. Состав и количество нитрозного газа на входе в окислитель представлены в таблицу 3.3.
Таблица 3.1. Материальный баланс стадии окисления аммиака кислородом воздуха (в расчете на часовую производительность).
ПРИХОД (до окисления) РАСХОД (после окисления)Компонентнм3/ч% об.кг/ч% масс.кмоль/чКомпонентнм3/ч% об.кг/ч%масс.кмоль/ч1) NH35879,3110,504461,986,52262,47Нитрозный газ в т.ч.2) Воздух, в т.ч.50114,1289,5063964,4493,482237,24NO5497,189.577362,2710,76245,41O210283,4218,3714690,5621,47459,08O23125,255,444464,756,52139,52N238678,0869,0848347,6070,661726,70N238869,1567,6448586,4571,011735,23H2O1152,622,05926,281,3551,46H2O9971,5817,358012,9511,71445,16ВСЕГО:55993,43100,0068426,42100,002499,71ВСЕГО:57463,16100,0068426,42100,002565,32
Таблица 3.2. Материальный баланс стадии окисления аммиака кислородом воздуха (в расчете на 1 т моногидрата азотной кислоты).
ПРИХОД (до окисления)РАСХОД (после окисления)Компонентнм3/т% об.кг/т% масс.кмоль/тКомпонентнм3/т% об.кг/т%масс.кмоль/т1) NH3388,0310,50294,496,5217,32Нитрозный газ в т.ч.2) Воздух, в т.ч.3307,5389,504221,6593,48147,66NO362,819.57485,9110,7616,20O2658,7118,37969,5821,4730,30O2206,275,44294,676,529,21N22552,7569,083190,9470,66113,96N22565,3667,643206,7171,01114,53H2O76,072,0561,131,353,40H2O658,1217,35528,8511,7129,38ВСЕГО:3695,57100,004516,14100,00164,98ВСЕГО:3792,57100,004516,14100,00169,31
Таблица 3.4. Материальный баланс окислителя (в расчете на часовую производительность).
ПРИХОД (до окисления)РАСХОД (после окисления)Компонентнм3/ч% об.кг/ч% масс.кмоль/чКомпонентнм3/ч% об.кг/ч% масс.кмоль/чНитрозный газ в т.ч.Нитрозный газ в т.ч.NO5497,189.577362,2710,76245,41NO3188,365,664270,126,24142,34NO22308,814,114741,306,94103,07O23125,255,444464,756,52139,52O21970,93,502815,604,1187,99N238869,1567,6448586,4571,011735,23N238869,1569,0348586,4571,001735,23H2O9971,5817,358012,9511,71445,16H2O9971,5817,708012,9511,71445,16ВСЕГО:57463,16100,0068426,42100,002565,32ВСЕГО:56308,8100,0068426,42100,002513,79
Таблица 3.5. Материальный баланс окислителя (в расчете на 1 т моногидрата азотной кислоты).
ПРИХОД (до окисления)РАСХОД (после окисления)Компонентнм3/т% об.кг/т% масс.кмоль/тКомпонентнм3/т% об.кг/т% масс.кмоль/тНитрозный газ в т.ч.Нитрозный газ в т.ч.NO362,819,57485,9110,7616,20NO210,435,66281,826,249,39NO2152,384,11312,936,946,80O2206,265,44294,676,529,21O2130,083,50185,834,115,81N22565,3367,643206,7171,01114,53N22565,3369,033206,7171,00114,53H2O658,1217,35528,8511,7129,38H2O658,1217,70528,8511,7129,38ВСЕГО:3792,52100,004516,14100,00169,31ВСЕГО:3716,34100,004516,14100,00165,91
Расчет равновесной степени окисления NO в NO2.
Процесс окисления NO протекает по уравнению реакции:
2NO + O2 = 2NO2 ?rH(298) = - 114,14 кДж/моль (1.11)
Данная реакция протекает с уменьшением числа моль и имеет большой экзотермический эффект. Согласно правилу Ле-Шателье для повышения степени превращения и смещения равновесия в сторону продуктов эту реакцию желательно проводить при повышенных давлениях и пониженной температуре.
Расчет равновесного состава газа при окислении NO в NO2 можно провести, используя величину равновесной степени окисления xp, которая показывает отношение количества прореагировавшего NO к его количеству в исходной смеси. Процесс окисления оксида азота (II) кислородом (уравнение 1) характеризуется константой равновесия, обычно выражаемой через парциальные давления компонентов:
(1.12)
Температурная зависимость к