Производство азотной кислоты

Материальный баланс

Производство азотной кислоты проходит по технологической схеме АК-72. По данной схеме получается 60% азотная кислота. Ее производство состоит из 3 основных реакций:

• 1) 4NH3 + 5О2 => 4NO + 6Н2О

• 2) 2NO + О2 => 2NO2

• 3) 4NO2 + О2 + 2Н2О => 4HNO3

В рамках реакции №1 происходит конверсия аммиака с целью получения NO. Далее по реакции №2 происходит его окисление до NO2, и в рамках реакции №3 происходит абсорбция NO2 водой и кислородом с образованием азотной кислоты.

Для проведения технологических расчетов агрегата АК-72 имеются следующие исходные данные:

производительность агрегата в пересчёте на моногидрат азотной

кислоты, тыс. т/год 380;

число гарантированных часов работы агрегата в течение

года, час 7920;

среднечасовая производительность, т/час 47,98

концентрация продукционной кислоты, масс. % 58,0

рабочее давление (абсолютное), 0,35;

среднее барометрическое давление, кПа 100;

степень конверсии зк, д. е.0,96;

степень абсорбции оксидов азота, задс, д. е.0,99.

состав газа на входе в контактный узел, % об.:

аммиак 9,56

воздух, в т. ч.90,44

кислород 18,69

азот 71,45

вода 1,44

Составим материальный баланс для реакции окисления аммиака при условии, что в контактный аппарат подается 1000 кг/час аммиака.

Найдем V аммиака:

V (NH3) = 1000*1000*1000 г/час /17 г/моль *22,4 = 1052,189 л/час = 1,052189 м3/час

Известно, что в воздухе содержится в % (об.):

• O2 = 18.69

• N2 = 71.45

• H2O = 1.44

Найдем объем воздуха, при условии, что аммиака в этом объеме 9,56%:

Из этого следует, что:

V (О2) = 1,052189 м3/час * 18.69/90,44 = 2710,467 м3/час

V (N2) = 1,052189 м3/час *71.45/90,44 = 10361,84 м3/час

V (H2O) = 1,052189 м3/час *1.44/90,44 = 208,8321 м3/час

m (О2) = 2710,467 л/час *1000/22,4 л/моль *0,032 = 3680,039 кг/час

m (N2) = 10361,84 л/час *1000/22,4 л/моль *0,028 = 12309,87 кг/час

m (H2O) = 208,8321 л/час *1000/22,4 л/моль *0,018 = 159,4881 кг/час

1264,941 1581,176 1264,941 1897,412

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

4 5 4 6

Найдем объем NO с учетом того, что степень конверсии аммиака составляет 96%:

V реакционного аммиака = 1317,647 м3/час *0,96 = 1264,941 м3/час

Подаваема масса аммиака = 1000 кг/час

Масса реакционного аммиака = 1264,941 м3/час*1000/22.4 м3/моль *0,017 кг/моль = 959,999 кг/час

Масса не прореагировавшего аммиака = 1000 кг/час - 959,999 кг/час = 40,0001 кг/час

V (NO) = 1264,941 м3/час * 4/4 = 1264,941 м3/час

m (NO) = 1264,941 м3/час *1000/22.4 м3/моль *0,030 кг/моль = 1694,118 кг/час

Найдем объем кислорода, который необходим для получения NO с учетом того, что степень конверсии аммиака составляет 96%:

V реакционного аммиака = 1317,647 м3/час *0,96 = 1264,941 м3/час

V (O2) = 1264,941 м3/час * 5/4 = 1581,176 м3/час.

m (О2) = 1581,176 м3/час *1000/22.4 м3/моль *0,032 кг/моль = 2258,82857 кг/час

Подающаяся масса О2 = 3680,039 кг/час

Не прореагировавший кислород = 3680,039 кг/час - 2258,82857 = 1421,216143 кг/час

Найдем объем воды, которая выделяется в ходе протекания процесс:

Н1= V (Н2О) = 1264,941 м3/час * 6/4 = 1897,412 м3/час

m (Н2О) = 1897,412 м3/час*1000/22.4 м3/моль *0,018 кг/моль = 1524,7060 кг/час

Приход Расход

статья объем,