Методика расчета теплового баланса первой тарелки абсорбционной колонны в производстве азотной кислоты

Цели ТБ: 1) определение всех потоков прихода и расхода теплоты; 2) расчёт расхода воды в змеевике тарелки и поверхности змеевиков.

Составляем таблицу и пишем вывод.

Условие ТБ:

∑Q_ПРИХОД = ∑Q_РАСХОД

Уравнение ТБ: Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ = Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉

где Q₁ – физ. тепло НГ на входе в колонну (в окислительный объём под тарелкой №1); Q₂ - тепло гомогенной р-ции NO до NO₂; Q₃ – тепло р-ции образования HNO₃ на тарелке; Q₄ – тепло разбавления образовавшегося HNO₃ (моногидрата) от 100 до 58 %масс.; Q₅ – физ. тепло р-ра HNO₃, поступ-го на тарелку №1 с тарелки №2; Q₆ – физ. тепло НГ на выходе из тарелки №1; Q₇ – физ. тепло р-ра HNO₃, покидающего тарелку №1; Q₈ - избыточное тепло, предаваемое оборотной воде (тепло, отводимое оборотной водой); Q₉ - потери тепла в окружающее пространство.

Цель: опред-е всех потоков прих. и расх. тепла, расч. расх. воды в змеевике тар-ки и пов-ти змеевиков.

Исходные данные:

1. Данные МБ, т.е.:

- количество НГ на входе в окислительное пространство, кмоль.......... 2402,39

- количество окислившегося NO до NO₂, кмоль......................9,86

- количество образовавшегося HNO₃, кмоль.......................7,84

- масса 57,01%-ного раствора HNO₃, поступающего с тарелки №2 на тарелку №1, кг....25093,60

- количество НГ на выходе из тарелки №1, кмоль.........2389,62

- масса продукционной 58%-ной HNO₃, стекающей с тарелки №1, кг...........25517,24

2. Температура на входе в абсорбционную колонну, ^оС...............55

3. Температура газожидкостного слоя на тарелке №2, ^оС……38

4. Температура оборотной воды:

- на входе в змеевики, ^оС................25

- на выходе из змеевиков, ^оС.........28

5. Потери тепла в окружающее пространство составляет 0,4 % от прихода тепла.

Расчёт:

ПРИХОД

1. Расчёт Q₁ - физического тепла НГ на входе в колонну (в окислительный объём под тарелкой №1):

Q₁=n^.c^.t, где n - количество НГ на входе в окислительное пространство, кмоль; с – средняя мольная теплоёмкость НГ при t=55^оС, равная 29,10 кДж/(кмоль^.К) - рассчитывается по правилу аддитивности.

2. Расчёт Q₂ - тепла гомогенной реакции NO до NO₂: Q₂=n^.q, где n - количество окислившегося NO до NO₂, кмоль; q – теплота (энтальпия) реакции, кДж/кмоль NO.

Рассчитаем q по уравнению: 2NO+O₂=2NO₂

Эта теплота соответствует 2 моль NO, тогда: q=(| H|^.1000)/2 NO

3. , где: n- кол-во образовав-ся , кмоль, (см. 15 действие); q- т-та р-ции, кДж/кмол

Рассчитаем q: 3 NO_2(г)+ Н₂О_(ж) ↔ 2НNO_3(ж) + NO_(г),

Эта теплота соответствует двум молям , тогда: кДж/кмоль

4. , где: n- кол-во образовав-ся , кмоль, n=7,84 кмоль (см. 15 действие); q- т-та разбавл-я от 100 до 58% масс., кДж/кмоль .

Рассчитаем q: из справочных данных (справочник азотчика, кн 2, с 27; расчеты по ТНВ /Под ред. П.В.Дыбиной). Из графика следует, что q=23000 кДж/кмоль .

5. , где: G- масса 57,01%-ного раствора , поступ-й с тарелки №2 на тарелку №1, кг; с- удельная теплоемкость раствора , кДж/кг*К; t- температура, ; . - расчеты по ТНВ /Под ред. Позина М.Е., 1977, с 486.

Истинная теплоемкость водных растворов , кДж/кг*К

СНNO3, % масс	2	20	40
55,0	2,717	2,763	2,826
60,0	2,637	2,679	2,738

Вычислим истинную теплоемкость 57%-ного р-ра и затем ср.теплоемкость раствора при 40 .

Средняя теплоемкость: кДж/кг*К.

6. Общий приход тепла на тарелку №1: Q_прих = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅, кДж

7.

1) Рассчитаем теплоемкость НГ при 40 : с в кДж/кмоль*К: 8.

2) Теплоемкость для 58%-ного при 40 , воспользуемся данными таблицы 1

9. Q₉ = 0,004* Q_прих, кДж

10. Восп-ся условием ТБ () и рассчитаем .