Конструкционная часть. 
Производство азотной кислоты

Расчет

Условно постоянная информация для расчета

G — масса потока;

V — объём потока;

N — количество молей потока;

? — доля компонентов в потоке: нижний индекс номер потока; верхний — компонент.

Расчет материального баланса отделения концентрирования HNO₃

Отделение денитрации и концентрирования азотной кислоты

Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию:

а) от нитрации HNO₃ 16−26%.

H₂SO₄ 46−66%.

H₂O 18−28%.

б) от абсорбционной установки.

HNO₃ 50%.

H₂O 50%.

Исходные данные для расчета.

• — концентрация крепкой азотной кислоты — 98%
• — концентрация серной кислоты, поступающей в колонну — 91%
• — концентрация отработанной кислоты, выходящей из колонны — 70%

Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей в колонну ГБХ, учитывая, что ОК — 80%, а смесь азотной кислоты и воды — 20%.

Выбираем средний состав кислот:

HNO₃ 27%.

H₂SO₄ 45%.

H₂O 28%.

Принимаем, что в отработанной кислоте 3% АК в виде окислов азота связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции:

2H₂SO₄ + N₂O₃ 2HNSO₅ + H₂O (1).

Пересчитав состав кислот, получим:

HNO₃ — 25%.

H₂SO₄ — 45%.

H₂O — 26,1%.

N₂O₃ — 0,9%.

HNSO₅ — 3%.

Всего — 100%.

В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO₅ в колонне протекают следующие реакции:

• — разложение HNSO₅
• 2HNSO₅ + H₂O = 2H₂SO₄ + NO₂ (2)
• — разложение HNO₃
• 2HNO₃2NO₂+H₂O+ ½O₂ (3)
• 2HNO₃N₂ + H₂O + 2*½ O₂ (4)
• — разложение N₂O₃

N₂O₃(газ).

NO (газ) + NO₂ (газ) (5).

В колонну ГБХ поступает:

1. Отработанная кислота в количестве 1000 кг,

В том числе:

HNO₃ — 250 кг.

H₂SO₄ — 450 кг.

H₂O — 261 кг.

N₂O₃ — 9 кг.

HNSO₅ — 30 кг.

• 2. Купоросное масло 91% - х кг.
• 3. Перегретый пар — у кг.
• 4. Воздух, подсасываемый из помещения

Из колонны выходит:

• 1. Разбавленная 70% H₂SO₄= кг
• 2. Крепкая 98% HNO₃ = =242,3 кг
• 3. Нитрозные газы
• а) в колонне ½ количества (1,5%) HNO₃ разлагается до NO₂ по реакции (3)
• 242,3×0,015 = 3,64 кг.

При этом образуются газообразные вещества:

NO₂ == = 2,65 кг.

H₂O == 0,52 кг.

O₂ = 0,46 кг.

б) по реакции (4) разлагается Ѕ количества (1,5%) HNO₃ до N₂:

N₂==0,81 кг.

H₂O = =0,52 кг.

O₂ = =2,3 кг.

в) при разложении N₂O₃ по реакции (5):

NO₂==5,45 кг.

NO = = 3,55 кг.

г) при разложении HNSO₅ по реакции (2):

NO₂==5,43 кг.

NO = = 3,54 кг.

Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав отработанной кислотной смеси и доля ее в последней составит 450 кг.

• д) с нитрозными газами уносится 1% HNO₃:
  • 242,3×0,01 = 2,42 кг.

В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха):

Подсос воздуха u_под через неплотности соединений царг колонны принимаем равным 100% объема сухих газов.

u_под = 15.6 нм³, в том числе:

N₂=0,78*15,6=12,17 нм³;

O₂=0,21*15,6=3,28 нм³;

Или.

N₂==15,21 кг;

O₂==4,68 кг;

Итого: u_под=19,89 кг.

Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t=20 ^ОС, относительная влажность 80%.

Количество водяных паров, поступающих в колонну с воздухом (14,61*0,8)10^-3

*19,89=0,23 кг, где.

d₀ = 14.61 — влагосодержание Всего воздуха: 19,89+0,23=20,12 кг.

Количество паров воды, уходящих из колонны (за конденсатом) с нитрозными газами при t=35 ^ОС.

v= 30 нм³

p = 1,8 мм. Рт. Ст — парциальное давление воды над 98% HNO₃ при t=35 ^ОС.

p = 133.3*1.8=239.9 Па.

H₂O = кг.

в объеме v= нм³