1. Исходные данные для расчета

7. Материальный баланс реактора
1. Вычисляем необходимый объем воздуха
_{ } (1)
_{ }
2. Объемы поступающих с воздухом, нм³:
а) водяных паров
_{ } (2)

б) сухого воздуха
_{ } (3)

3. Вычислим поступающие с воздухом объемы кислорода азота и аргона исходя из их процентного содержания в воздухе
<sub> 

 </sub>
4. Находим объемы образующихся по реакции (1), нм³/ч:
а) окиси азота
_{ } (4)
_{ }
б) паров воды
_{ } (5)

в) расходуемого при протекании этой реакции кислорода
_{ } (6)

5. Определяем объемы образующихся по реакции (2), нм³/ч:
а) азота
_{ } (7)

б) паров воды
_{ } (8)

в) расходуемого при протекании этой реакции кислорода
_{ } (9)

7. Вычисляем находящиеся в газе после окисления аммиака объемы, нм³/ч:
а) кислорода
_{ } (10)

б) азота
_{ } (11)

в) аргона
_{ }
г) паров воды
_{ } (12)

8. Собственно материальный баланс можно рассчитать, если объемы потоков на входе в контактный аппарат и на выходе из него пересчитать на массы, при этом должен соблюдаться материальный баланс
_{ } (13)
Приход:
_{ 
 
 
 
 }
Расход:
_{ 
 
 
 
 }
Заполним таблицу для материального баланса

Таблица 5

Приход			Расход
Компонент	Количество		Компонент	Количество
	кг/ч	нм³/ч		кг/ч	м³/ч
NH3	4477	5900	NO	7348	5481
O2	15608	10926	O2	5367	3757,4
N2	50730	40584	N2	50988	40790,5
Ar	928	520	Ar	928	520
H2O	1826	2273	H2O	8938	11123
Всего	73569	60203	Всего	73569	61671,9

8. Тепловой баланс реактора
Найдем температуру t_x, до которой необходимо нагревать аммиачно-воздушную смесь для обеспечения автотермичности процесса окисления аммиака.

1. 
   Вычисляем общий объем аммиачно-воздушной смеси
   
   

2. Определяем концентрацию компонентов аммиачно-воздушной смеси, % (об.):
а) аммиака
_{ } (14)

б) сухого воздуха
_{ } (15)

в) паров воды
_{ } (16)

3. Рассчитываем среднюю теплоемкость аммиачно-воздушной смеси:
С_ср = 0,01(35,8·П_ам + 28,7·П_св + 32,6·П_Н2О) (17)
С_ср = 0,01(35,8·9,8 + 28,7·86,4 + 32,6·3,8) = 29,54 кДж/(кмоль·К)
где 35,8; 28,7 и 32,6 – теплоемкости аммиака, сухого воздуха и паров воды, кДж/(кмоль·К) [16].
4. Определяем теплоту, вносимую аммиачно-воздушной смесью:
_{ } (18)
5. Вычисляем теплоты, выделяемые при протекании реакции (1) и (2)
_{ } (19)
_{ }/ч или 17030,6 кВт
где 905 800 и 1 266 960 – теплоты, выделяющиеся при образовании окиси азота и азота по реакциям (1) и (2) [4].
6. Находим общий объем нитрозного газа, поступающего в котел утилизатор:
_{ 
 }
7. Определяем концентрацию компонентов нитрозного газа, % (об.):
а) окиси азота
_{ } (20)

б) кислорода
_{ } (21)

в) аргона
_{ } (22)

г) азота
_{ } (23)

д) паров воды
_{ } (24)

8. Вычисляем среднюю теплоемкость нитрозного газа
С^н_ср = 0,01(31,68·П_NO + 32,3·П_О2 + 20,78·П_ар 30,8·П_N2 + 37,4·П_{вод 3}) (25)
С^н_ср=0,01(31,68·8,9+32,3·6,1+20,78·0,84+30,8·66,1+37,4·18,0)=32,17кДж/(кмоль·К)
где 31,68; 32,3; 20,78; 30,8 и 37,4 – теплоемкости компонентов нитрозного газа при температуре 900 °С, кДж/(кмоль·К) [16].
9. Для нагрева водяного пара от 198°С до 250°С в пароперегревателе необходимо отнять теплоты:
_{ } (26)
_{ }/ч или 1880 кВт
где 800·10³ и 1082·10³ Дж/кг – удельные энтальпии перегретого пара при температурах 198 °С и 250°С и давлениях 1,5 МПа и 3,98 МПа [9].
10. Температуру нитрозных газов на выходе из контактного аппарата определяем из уравнения теплового баланса этого участка
6768·10⁶ = 64631·1,66·10³(900 - t₂)
отсюда
_{ }
11. Рассчитываем теплоту, уносимую нитрозными газами. Рассмотрим случай, когда контактный аппарат и котел-утилизатор смонтированы в виде единого аппарата:
_{ } (27)
_{ }/ч или 20584,3 кВт
12. Определяем теплопотери в окружающую среду:
_{ } (28)
13. Приравнивая приход теплоты расходу, составляем уравнение теплового баланса
_{ } (29)
и решаем его относительно t_{x
 
 }°С
тогда
_{ }/ч или 6369,2 кВт
_{ 
 }
Заполним таблицу для теплового баланса
Таблица 6

Приход, кВт		Расход, кВт
Теплота, вносимая аммиачно-воздушной смесью	6369,2	Теплота на нагрев водяного пара в пароперегревателе	1880
		Теплота, уносимая нитрозными газами	20584,3
Теплота, выделяемая при протекании реакции (1) и (2)	17030,6
		Потери в окружающую среду	935,9
Всего	23399,8	Всего	23400,2

Заключения

В ходе курсовой работы был рассчитан реактор каталитического окисления аммиака для получения оксидов азота в производстве неконцентрированной азотной кислоты.

Были рассмотрены физико-химические основы процесса. Приведена характеристика исходного сырья и готового продукта.
Рассчитали необходимый объем воздуха для окисления 5900 м³/ч аммиака, он составил 54 304 м³/ч. Вычислили поступающие с воздухом объемы кислорода, азота и аргона исходя из процентного содержания их в воздухе. Вычислили находящиеся в газе после окисления аммиака объемы кислорода, азота, аргона, паров воды.
Также был произведен расчет теплового баланса, в результате чего были рассчитаны все тепловые потоки. Вычислили температуру, до которой необходимо нагревать аммиачно-воздушную смесь для обеспечения автотермичности процесса окисления аммиака, она составила 288°С. Рассчитали температуру нитрозного газа после пароперегревателя, она составила 836,7 °С. Определили тепло потери в окружающую среду.
Был произведен обзор литературы по наиболее эффективной схеме производства неконцентрированной азотной кислоты. Была выбрана система, работающая под общим давлением 0,716 МПа, так как данный агрегат компактен, все аппараты транспортабельны, энергетический цикл агрегата автономен. В рассмотренной схеме электроэнергия не расходуется на технологические нужды. Электроэнергия потребляется в незначительном количестве только для привода насосов, необходимых для перекачивания кислоты, подачи питательной воды в котлы. Работа по этой схеме идет без выбросов в атмосферу вредных газов.

Литература

1. 
   Атрощенко В.И., Каргин С.И. Технология азотной кислоты: Учеб. Пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1970. – 496 с.
   
2. 
   Егоров А.П, Шерешевский А.И., Шманенко И.В. Общая химическая технология неорганических веществ: Учебное пособие для техникумов. – Изд. 4-е перераб. – Москва, Ленинград: Химия, 1965 – 688с.
   
3. 
   Караваев М.М., Засорин А.П., Клещев Н.Ф. Каталитическое окисление аммиака/Под ред. Караваева М.М. – М.: Химия, 1983. – 232 с.
   
4. 
   Караваев М.М., Заичко Н.Д., Бонне М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности/ Под ред. Олевского В.М. – М.: Химия, 1985. – 400 с.
   
5. 
   Катализаторы в азотной промышленности./Под ред. Атрощенко В.И. – Харьков: Вища шк., 1977. – 144 с.
   
6. 
   Общая химическая технология. Под редакцией проф. Амелина А.Г. М.: Химия,1977. – 400 с.
   
7. 
   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1976 – 552с.
   
8. 
   Перлов Е.И., Багдасарян В.С. Оптимизация производства азотной кислоты. – М.: Химия, 1983. – 208 с.
   
9. 
   Расчеты по технологии неорганических веществ: Учеб. Пособие для вузов/Позин М.Е., Копылев Б.А., Бельченко Г.В. и др.; Под ред. Позина М.Е. – 2-е изд. перераб. и доп. – Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1977 – 496 с.
   
10. 
    Румянцев О.В. Оборудование цехов синтеза высокого давления в азотной промышленности; Учеб. для вузов.- М.: Химия, 1970 – 376 с.
    
11. 
    Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах. Учебное пособие для вузов. – 2-е изд. перераб. – Л.: Химия, 1986. – 224с., ил.
    
12. 
    Смирнов Н.Н. Реакторы в химической промышленности: Новая техника. – М.: Высш. шк., 1980. – 72 с.
    
13. 
    Соколов Р.С. Химическая технология: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 Т. – М.: Гуманит изд. центр ВЛАДОС, 2000. – Т.1: Химическое производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химической технологии. Производство неорганических веществ. – 368 с.
    
14. 
    Справочник азотчика./Под ред. Мельникова Е.Я. - Т.2: Производство азотной кислоты. Производство азотных удобрений. Материалы и основное специальное оборудование. Энергоснабжение. Техника безопасности. – М.: Химия – 1969. – 448с.
    
15. 
    Химическая технология неорганических веществ: В 2 кн. Кн.1. Учебное пособие / Т.Г. Ахметов, Р.Г. Порфирьева, Л.Г. Гайсин. – М.: Высш. шк., 2002. – 688с.: ил.
    

Курсавой проект
ТашГТУ АФ гр 40-16 «Х.Т»


ст.

Ст

изм

№ документ

Подпись

дата