Материальный баланс холодильника-конденсатора
Находим среднюю теплоёмкость компонентов нитрозного газа по формулам: Теплота, выделяющаяся при разбавлении безводной кислоты до 40%-ной HNO3: Количество двуокиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит: В расчете теплового баланса определить количество охлаждающей воды. M — количество образовавшейся кислоты, кмоль/ч.(материальный баланс). Теплоту, поступающую за счет конденсации паров… Читать ещё >
Материальный баланс холодильника-конденсатора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
1. Исходные данные для расчета
1. В холодильник-конденсатор поступает 5000 нмі/ч нитрозных газов.
2. Состав газа на входе, %об.: NO — 2, NO2 — 8,35, O2 — 1,92, N2 — 70,80, Н2О — 16,93.
3. Давление в системе 7,5 атм.
4. Степень превращения окислов азота при абсорбции — 0,98.
5. В расчете теплового баланса определить количество охлаждающей воды.
6. Температура нитрозного газа на входе в холодильник — конденсатор — 160єС.
7. Температура нитрозного газа на выходе из холодильника-конденсатора — 40єС.
8. Степень конденсации водяных паров — 90%.
2. Материальный баланс холодильника-конденсатора
Цель материального баланса: определение состава нитрозного газа после холодильника-конденсатора.
Таблица 1. Состав нитрозных газов, поступающих в холодильник-конденсатор
Состав | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | % (об.) | |
NO | 133,8 | 4,46 | |||
NO2 | 417,5 | 857,44 | 18,64 | 8,35 | |
O2 | 137,152 | 4,286 | 1,92 | ||
N2 | 4425,008 | 158,036 | 70,80 | ||
H2O | 846,5 | 680,22 | 37,79 | 16,93 | |
Всего | 6233,62 | 223,212 | |||
В холодильнике — конденсаторе образуется конденсат, содержащий 40%-ную HNO3, что соответствует степени превращения окислов азота 25%.
Условно пересчитываем окислы азота, содержащиеся в нитрозном газе, на NO2:
(NO+ NO2)=4,46+18,64=23,1 кмоль/ч
1. Количество конденсата.
Количество двуокиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит:
23,1*0,25=5,775 кмоль/ч На образование азотной кислоты по реакции
4 NO2 + O2 +2Н2О = 4HNO3 — 73 600 кДж расходуется воды: 5,775 / 2 = 2,887 кмоль/ч.
Количество сконденсировавшейся воды x, пошедшей на образование 40%-ной HNO3, можно вычислить по уравнению:
36 382,5=14 553+720x
x= 30,32 кмоль/ч Всего сконденсировалось воды:
2,887 + 30,32 = 33,21 кмоль/ч В газе осталось водяных паров:
37,79 — 33,21 =4,58 кмоль/ч Количество образовавшейся 40%-ной HNO3 :
5,775 + 30,32 = 36,095 кмоль/ч
2. Количество и состав газа после холодильника.
На образование HNO3 пошло кислорода:
5,775*0,25 = 1,444 кмоль/ч В газе осталось:
кислорода
4,286 — 1,444=2,842 кмоль/ч окислов азота
23,1 — 5,775=17,325 кмоль/ч Таблица 2. Состав нитрозных газов, выходящих из холодильника-конденсатора
Состав | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | % (об.) | |
NO | 99,904 | 133,8 | 4,46 | 2,44 | |
NO2 | 288,176 | 591,79 | 12,865 | 7,04 | |
O2 | 63,661 | 90,944 | 2,842 | 1,55 | |
N2 | 3540,006 | 4425,008 | 158,036 | 86,46 | |
H2O | 102,592 | 82,44 | 4,58 | 2,51 | |
Всего | 4094,339 | 5323,982 | 182,783 | ||
Таблица 3. Состав конденсата
Состав | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | %(об.) | |
HNO3 | 129,36 | 363,825 | 2,05 | 39,99 | |
H2O | 679,17 | 545,76 | 37,73 | 60,01 | |
Всего | 808,53 | 909,585 | 39,78 | ||
3. Сводный материальный баланс холодильника-конденсатора
Таблица 4.
ПРИХОД | РАСХОД | |||||||||
В-во | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | %(об.) | В-во | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | %(об.) | |
NO | 133,8 | 4,46 | NO | 99,904 | 133,8 | 4,46 | 2,01 | |||
NO2 | 417,5 | 857,44 | 18,64 | 8,35 | NO2 | 288,176 | 591,79 | 12,865 | 5,78 | |
O2 | 137,152 | 4,286 | 1,92 | O2 | 63,661 | 90,944 | 2,842 | 1,28 | ||
N2 | 4425,01 | 158,036 | 70,80 | N2 | 3540,01 | 4425,01 | 158,04 | 71,06 | ||
H2O | 846,5 | 680,22 | 37,79 | 16,93 | H2O | 102,592 | 82,44 | 4,58 | 2,06 | |
H2O конд-ат | 679,17 | 545,76 | 37,73 | 16,96 | ||||||
HNO3 конд-ат | 129,36 | 363,825 | 2,05 | 0,92 | ||||||
Всего | 6233,62 | 223,212 | Всего | 4902,873 | 6233,57 | 222,39 | ||||
Неувязка материального баланса составляет:
Она не превышает 1%, соответственно материальный баланс рассчитан верно.
Тепловой баланс холодильника — конденсатора
Цель теплового баланса: расчёт тепловых потоков.
1. Теплоту, приносимую с нитрозным газом, находим по формуле,
,
где ni — количество вещества исходных реагентов, кмоль/ч (материальный баланс);
ci — средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tвх,i — температура входного потока, єС.
Находим среднюю теплоёмкость компонентов нитрозного газа по формулам:
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
Компоненты | Теплоёмкость, | |
NО | 30,53 | |
N2 | 29,44 | |
NO2 | 39,86 | |
O2 | 29,78 | |
H2O | 34,15 | |
Рассчитаем среднюю теплоёмкость нитрозного газа по правилу аддитивности:
;
.
Q1 =223,212*31,136*160 = 1 111 988,613 кДж/ч = 308,89 кВт.
2. Теплоту, поступающую за счет конденсации паров воды, определяем как:
Q2 = (2780 — 4,18*40) 33,21*18 = 1 561 879,584 кДж/ч = 433,85 кВт.
где 2780 кДж / кг — теплота конденсации водяного пара.
3. Теплоту при образовании азотной кислоты находим по формуле, кДж:
где q — теплота образования безводной HNO3 (по реакции), кДж; q=73 600 кДж;
m — количество образовавшейся кислоты, кмоль/ч.(материальный баланс)
Q3 = кДж/ч = 29,52 кВт.
Теплота, выделяющаяся при разбавлении безводной кислоты до 40%-ной HNO3:
Q4 = 28 400 * 5,775 = 164 010 кДж/ч = 45,56 кВт.
где 28 400 — теплота разбавления азотной кислоты, кДж / моль.
Теплоту, отводимую нитрозным газом из конденсатора, находим по формуле, кДж:
где nj — количество вещества продуктов реакции, кг/ч, (материальный баланс); cj — средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tкон,j — температура выходного потока, єС.
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К) Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
Компоненты | Теплоёмкость, | |
NО | 30,12 | |
N2 | 29,18 | |
NO2 | 37,09 | |
O2 | 28,45 | |
H2O | 33,59 | |
.
Q5 =182,787*29,859*40 = 218 313,481 кДж/ч = 60,64 кВт.
Теплоту, отводимую с кислотой из холодильника — конденсатора находим как:
Q6 = кДж/ч = 30,73 кВт.
[3,041 — теплоемкость 40%-ной HNO3 при 40 єС, кДж / (кг К)].
По разности между количествами приходящей и расходуемой теплоты определяем теплоту, отводимую охлаждающей водой:
Q7 = (308,89 + 433,85 + 29,52 + 45,56) — (60,64 + 30,73) = 726,45 кВт.
Таблица 5. Тепловой баланс холодильника-конденсатора
ПРИХОД | РАСХОД | |||||
Поток | кВт | % | Поток | кВт | % | |
Q1 | 308,89 | 37,77 | Q5 | 60,64 | 7,41 | |
Q2 | 433,85 | 53,05 | Q6 | 30,73 | 3,76 | |
Q3 | 29,52 | 3,61 | Q7 | 726,45 | 88,83 | |
Q4 | 45,56 | 5,57 | ||||
Всего | 817,82 | Всего | 817,82 | |||