Производство неконцентрированной азотной кислоты (стр. 5 из 9)

Q3-тепло образования моногидрата;

Q4-тепло разбавления моногидрата;

Q5-тепло конденсации воды;

Q1’-тепло, уходящее с нитрозным газом;

Q2’-тепло, уходящее с кислотой;

Q3’-теплопотери;

Q4’-тепло, отводимое с охлаждающей водой.

Приход тепла

Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на входе в холодильник- конденсатор при температуре 130

или 403К.

Теплоемкость кислорода:

Теплоемкость азота:

Теплоемкость воды:

Теплоемкость оксида азота (II):

Теплоемкость оксида азота (IV):

Средняя теплоемкость нитрозного газа на входе в аппарат:

1)Тепло, вносимое нитрозным газом:

Q1=

где V – расход нитрозного газа, проходящего через холодильник- конденсатор, нм3/т;

tвх- температура нитрозного газа на входе в холодильник-конденсатор, оС;

2)Тепло окисления монооксида азота в диоксид:

Q2=

где 57070,05- теплота окисления монооксида азота в диоксид, кДж/кмоль;

3)Тепло образования моногидрата:

Q3=

где 173000-теплота образования азотной кислоты, кДж/кмоль;

10,8-количество сконденсировавшихся паров воды, кг/т;

4)Тепло разбавления моногидрата:

Q4=

где 67,38-количество растворенного моногидрата азотной кислоты,кг;

31600-теплота разбавления моногидрата кислоты, кДж/кмоль;

5)Тепло конденсации воды:

Q5=

;

Где 4939,6-тепло конденсации воды, кДж/кмоль;

Общий приход тепла:

Q=1436663,67кДж/т;

Расход тепла:

Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на выходе в холодильник-конденсатор при температуре 65

или 338К.

Теплоемкость кислорода:

Теплоемкость азота:

Теплоемкость воды:

Теплоемкость оксида азота (II):

Теплоемкость оксида азота (IV):

Средняя теплоемкость нитрозного газа на выходе из аппарата:

1)Тепло, уходящее с нитрозным газом:

Q1’=

=

где

- температура нитрозного газа на выходе из холодильника, 0С ;

2)Тепло, уходящее с кислотой:

Q2’ =mk

Ck tk = где

mk-масса кислоты, кг/т;

Ck-теплоемкость кислоты, кДж/кмоль;

tk- температура кислоты,

3) Теплопотери.

Принимаем, что потери тепла в окружающую среду составляют 3% от общего количества, поступающего в аппарат.

Q3’=

4)Тепло отводимое с охлаждающей водой.

Q4’=

Q-( Q1’+ Q2’+ Q3’)=

;

Таблица 3.5.

Тепловой баланс холодильника-конденсатора.

Статьи прихода	кДж/т	%	Статьи расхода	кДж/т	%
1) Тепло с газами	670122,29	46,64	1)Тепло с газами	571614,62	39,79
2) Тепло окисления	140152,83	9,76	2)Тепло с кислотой	2534,301	0,18
3) Тепло образования моногидрата	83410,71	5,81	3)Теплопотери	43099,91	2,99
4) Тепло разбавления моногидрата	7950,16	0,55	4)Тепло, уходящее с водой	819414,84	57,03
5) Тепло конденсации воды	535027,68	37,24
Итого:	1436663,67	100	Итого:	1436663,67	100

Рассчитаем количество воды, необходимой для охлаждения нитрозного газа при данных условиях. Принимаем температуру поступающей воды 40

уходящей воды 50

m=

где

-теплоемкость воды, Дж/моль град;

-тепло охлаждающей воды, кДж/т;

3.3.3 Конструктивные расчеты основного аппарата

Определяется поверхность теплообмена, необходимая для холодильника-конденсатора.

;

где

- тепловая нагрузка аппарата, кДж/с;

- разность температур процесса, ;

К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м2град)

Проводится расчет коэффициента теплопередачи К:

K=

,

где δ-толщина стенки трубок, δ=2мм=0,002м;

- коэффициент теплопередачи от газа к стенке, Вт/(м2град);

- коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду, Вт/(м2град)

- коэффициент теплопроводности стенки, =62,7 Вт(м град);

Производится расчет

:

= ;

где

-критерий Нуссельта;

-эквивалентный диаметр;

При расчете коэффициент теплопередачи

нужно рассчитать критерий Re:

Re=

;

где -скорость нитрозного газа в аппарате, м/с;

-динамический коэффициент вязкости, кг/с м2;

-плотность нитрозного газа.

Для расчета скорости нитрозного газа и

необходимо рассчитать площадь сечения межтрубного пространства:

;

где

-диаметр корпуса холодильника-конденсатора, м;

– диаметр трубок , м;

– число трубок, шт;

-число ходов;

;

где П-периметр трубок, м;

=

= ;

где

-секундный объем нитрозного газа в рабочих условиях,нм3/с;