Виробництво азотної кислоти (стр. 4 из 5)
К = 0,128
К1 визначаємо по таблиці 29 [1] К1 = 456.
Тоді підставивши відомі величини в рівняння
знаходимо парціальний тиск двоокису азоту в момент рівноваги:
х=0,0385 ата
Пряме рішення даного рівняння досить важко, тому на практиці для визначення рівноважного парціального тиску двоокису азоту над розчинами азотної кислоти користуються номограмою, що значно спрощує обчислення.
Далі знаходимо парціальні тиски окислів азоту NO і N2O4 у момент рівноваги:
Ступінь поглинання NO + N2O4:
Ступінь перетворення двоокису азоту в кислоту:
3.1.2 Завдання 8
Визначити склад хвостових газів після абсорбційної колони, якщо ступінь абсорбції становить 0,996.
Розрахунок вести виходячи зі складу нітрозного газу після контактного апарата.
Рішення:
Розрахуємо кількість додаткового повітря. При ступені кислотної абсорбції 0,996 витрата кисню на окислювання окису азоту по реакції:
2NО + Н2О + 1,5О2 = 2НNO3 (І)
складе:
356,98*0,996*1,5*0,5 = 266,66 м3
де 356,98 кількість окислів азоту в газі на виході з контактного апарата, м3.
Додатково до 214,38 м3 кисню, що міститься в нітрозному газі, буде потрібно кисню для окислювання:
266,66 – 214,38 = 52,28 м3
що пов'язане із введенням наступної кількості азоту:
52,28*0,79/0,21 = 196,67 м3
З киснем, необхідним для забезпечення надлишку кисню 2,6%, що виводиться з вихлопними газами, уводиться азоту:
2,6*0,79/0,21 = 9,78 м3
Втрати окислів азоту на стадії абсорбції становлять:
356,98 * 0,004 = 1,43 м3
При тиску 6,2 кгс/см2 і температурі 350С у хвостових газах на виході з абсорбційної колони міститься вологи:
де 42,18 – тиск водяних парів при 350С
Загальна кількість хвостових газів дорівнює:
х = 2554,15+196,67+0,0978х+1,43+0,00895х+0,026х
х = 3173,54 м3
Кількість водяної пари складе:
3173,54 * 0,00895 = 28,40 м3
Витрата сухого додаткового повітря дорівнює:
О2 52,28+0,026*3173,54 = 134,79 м3
N2 196,67+0,0978*3173,54 = 507,04 м3
Усього 641,83 м3
З обліком 0,856 вологості, витрата додаткового повітря складе:
або 9386,87 м3/годСклад додаткового повітря:
О2 134,79 м3 192,56 кг
N2 507,04 м3 633,80 кг
Н2О 5,54 м3 4,45 кг
Усього 647,37 м3 830,81 кг
Склад нітрозного газу, що надходить в абсорбційну колону:
| Речовина | кмоль | % об. | кг | м3 |
| NО | 3,18 | 2,06 | 95,25 | 71,12 |
| NО2 | 5,80 | 3,76 | 266,78 | 129,91 |
| О2 | 7,47 | 4,84 | 238,93 | 167,25 |
| Н2О | 1,272 | 0,82 | 22,77 | 28,34 |
| N2 | 136,66 | 88,52 | 3826,49 | 3061,19 |
| Усього | 154,38 | 100,00 | 4450,22 | 3457,81 |
Кількість води, необхідної для утворення 1 т 100%-ний азотної кислоти по реакції (5.3.)
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (ІІ)
15,88 * 0,5 = 7,94 кмоль
де 15,88 - загальна кількість поглинених окислів азоту при ступені абсорбції 99,6%.
Кількість води, необхідної для утворення 59 % азотної кислоти:
або 38,62*14,5 = 559,99 кмоль/год.
З урахуванням вологості газу й кількості реакційної води потрібно ввести в колону наступну кількість води:
7,94 + 38,62 + 1,27 - 26,56= 21,27 кмоль/т
де 1,27 - кількість води у хвостових газах на виході з колони, кмоль;
26,56 - кількість водяної пари у газі на виході з контактного апарата, кмоль.
У перерахуванні на годинну продуктивність це складе:
21,27 *14,5 = 308,42 кмоль/год або 308,42*18 = 5551 кг/год.
або 5551*22,4/18 = 69-8,61 м3/год
Склад хвостових газів на виході з колони представлений у таблиці.
Склад хвостових газів на виході з колони
| Компоненти | кмоль | м3 | % про. | кг |
| NO | 0,06 | 1,43 | 0,04 | 1,92 |
| O2 | 3,68 | 82,52 | 2,6 | 117,89 |
| N2 | 136,66 | 3061,19 | 96,46 | 3826,49 |
| H2O | 1,27 | 28,40 | 0,90 | 22,82 |
| Разом | 141,67 | 3173,54 | 100 | 3969,12 |
Особливу увагу в існуючих і виробництвах, що проектуються, необхідно приділяти очищенню газів від оксидів азоту. В усьому світі витрати на ці мети неухильно зростають. Однак необхідно проводити подальшу роботу зі скорочення кількості газових викидів і по впровадженню безвідхідних технологічних процесів, а також розробляти більше ефективні методи знешкодження газоподібних викидів.
Для систематизації методів санітарного очищення газів і для більше цілеспрямованого проведення досліджень здійснена класифікація методів очищення газів від оксидів азоту. В основу її покладена здатність оксидів азоту окислятися під дією рідких, твердих і газоподібних окислювачів, відновлюватися до елементарного азоту під дією високих температур, вступати в хімічні реакції з різними групами сполук, що піддаються регенерації. Відповідно до запропонованої класифікації розроблені методи очищення газів від оксидів азоту підрозділені на чотири класи: окисні, відновлювальні, сорбційні та інші методи.
Найбільш ефективним способом знешкодження нітрозних газів є каталітичне відновлення оксидів азоту до елементарного азоту. Процес відновлення протікає на поверхні каталізатора в присутності газу відновлювача. Каталізаторами служать сплави металів платинової групи. Найбільш високу каталітичну активність мають каталізатори на основі палладія, платини й родію, зміст яких у каталізаторі коливається в межах 0,1-2,0%, нанесених на оксиди алюмінію, цинку, силікагелю, кераміку й природні матеріали.
Умовно по температурах відновлення процеси ділять на високотемпературні (більше 5000С) і низькотемпературні (менш 5000С).
У якості відновлюючого агенту при високотемпературному очищенні запропоновані: водень, азотно-воднева суміш, оксид вуглецю (II), природні, нафтові, коксовий гази, пари гасу, мазуту й ін. Практичне застосування в промисловості знайшов природний газ, вміст сірки в якому не повинне перевищувати 20 мг/м3.
Як каталізатори застосовують метали Рt, Рd, Rh, Ru, Ni, Сu, Сг, Fе й сплави Ni-Сг, Сu-Сг, Zn-Сг і ін., нанесені на оксиди алюмінію, цинку, силікагель, кераміку й природні матеріали. В агрегатах УКЛ-7,3 і АК-72 застосовують паладієвий каталізатор АПК-2 (Аl2О3 із 2% Рd). Процес відновлення NOx протікає при 720-770 0С, об'ємній і лінійній швидкостях газу відповідно 15000-25000 год-1 і 1,0-1,5 м/с. Для досягнення залишкової концентрації оксидів азоту в межах 0,002- 0,008% (про.) підтримують 10%-ний надлишок природного газу від стехіометричного.
Першою стадією процесу є горіння й конверсія метану киснем
СН4 + 2О2 ↔ СО2 +2Н20 + 804,58 кДж. (45)
При неповному згорянні метану утворяться водень і моноксид вуглецю:
СН4 + 0,502 = СО + 2Н2 + 35,13 кДж. (46)
Диоксид азоту відновлюється до оксиду азоту NО, а потім останній до N2
Н2 + NО2 = Н2О+NО+ 184,9 кДж, (47)
Н2 + NО = Н2О + 0,5 N2 + 332,45 кДж. (48)
Аналогічно взаємодіє N0х з монооксидом вуглецю. Сумарні реакції взаємодії природного газу з оксидами азоту можна представити у вигляді:
СН4 + 4NО2 =СО + 4NО + 2Н20 + 574,4 кДж, (49)
СН4 + 4NО = СО2 + 2N2 + 2Н20 + 11 646 кДж. (50)
Основним недоліком такого методу є поява в газових викидах оксиду вуглецю (II), не менш шкідливого, чим оксиди азоту.
З метою зменшення витрати СH4 і зниження температури відновлення в якості відновлювача запропоновано використовувати аміак, що за певних умов селективно взаємодіє з оксидами азоту й не реагує з киснем. Відновлення оксидів азоту проходить в основному до молекулярного азоту
4NHз + 6NО = 5N2 + 6Н2О + 1810,6 кДж (51)
8NНз + 6NО2 = 7N2 + 12Н2О + 2734 кДж (52)
Однак залежно від типу каталізатора можливо також відновлення NО2 і NО до оксиду азоту (I) і окислювання аміаку киснем до N2 і N2О: