Расчет энергии на компрессию воздуха и нитрозных газов — КиберПедия 

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Расчет энергии на компрессию воздуха и нитрозных газов



 

К газу, выходящему из скоростного холодильника, вводится дополнительный воздух, после чего полученная смесь сжимается турбокомпрессором до 16×105 Па и поступает через холодильник-конденсатор в абсорбционную колонну. Часть воздуха проходит через отбелочную колонну и затем с продувочными газами также направляется в колонну. Для упрощения расчета примем, что в холодильник-конденсатор поступает весь воздух сразу и что образовавшийся в нем конденсат вместе с нитрозными газами также идет в абсорбционную колонну.

Количество воздуха, добавленного в холодильник-конденсатор и в отбелочную колонну, будет: О2 — 725 кмоль; N2 — 2727 кмоль; всего - 3452 кмоль. В результате в компрессор нитрозного газа поступает смесь следующего состава:

 

  кмоль об.% кг
NO 700,6 6,5
NO2 69,4 0,64
O2 920,4 8,53
H2O 48,0 0,44
N2 9047,5 83,79
Всего 10785,9 100,00

 

Воздух, который необходим для окисления NH3 и дополнительный сжимаются от 0,95×105 до 8×105 Па.

Количество этого воздуха следующее:

О2 — 1670 + 725 = 2395 кмоль;

N2 — 6300+2727 = 9027 кмоль.

Всего — 7970+3452 = 11422 кмоль.

Для сжатия воздуха и нитрозных газов берем трехступенчатый турбокомпрессор центробежного типа с промежуточным охлаждением.

Определим температуру газа па выходе из первой ступени компрессии

, (47)

где Т1 - температура газа на входе, равная 303 К; Р1 - давление газа на входе, равное 0,95×105 Па; Р2 - давление газа после первой ступени сжатия, равное 2,75×105 Па; К - показатель адиабаты, равный 1,4; h — адиабатический коэффициент полезного действия, равный 0,8.

К.

Работу, потребляемую первой ступенью турбокомпрессора, определяем по уравнению

, кДж.

где u - количество сжимаемого воздуха равное 11422 кмоль/ч;.

, кДж.

При внутреннем к.п.д. = 0,8 и механическом к.п.д. = 0,98 мощность, потребляемая первой ступенью турбокомпрессора, составляет

кВт.

В промежуточном холодильнике между первой и второй ступенью компрессора воздух охлаждается от 170 до 40°С.

Определим температуру воздуха после второй ступени сжатия

°С.

Примем, что на пути до теплообменника температура воздуха снижается до 150°С.

Работа, потребляемая второй ступенью компрессора, составляет:

, кДж.

 

Тогда мощность второй ступени турбокомпрессора составляет

кВт.

 

Температура нитрозных газов после третьей ступени компрессора (газ сжимается от 8×105 Па до 16×105 Па, начальную температуру газа примем 40°С):



.

Работа, потребляемая третьей ступенью компрессора, составляет:

, кДж.

 

Тогда

кВт.

Общая мощность привода компрессора составит:

12850 + 13320 + 7650 = 33720 кВт.

Затраты на сжатие газа до 16×106 Па на 1 т продукции (HNО3) будут:

кВт×ч (1944×103 кДж).

 

РАСЧЕТ ЭНЕРГИИ, ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ В ГАЗОВЫХ ТУРБИНАХ

 

Состав выхлопных газов указан выше. Этот газ подогревается в теплообменнике 9 (см. рис. 4), затем в теплообменнике 7, расширяется в газовой турбине от 13×105 до 4,5×105 Па, подогревается в теплообменнике 8, далее расширяется до 1,5×105 Па и поступает в паровой котел.

В первую ступень газовой турбины выхлопной газ поступает с температурой 790 °С.

Определим температуру газа после расширения в первой ступени:

= 560°С.

Определим температуру газа после расширения во второй ступени:

= 577°С.

Найдем количество тепла, которое несут 9451,94 кмоль выхлопных газов, при температурах 790, 560 и 577°С.

Q1 = 9451,94×30,9×790 = 230×106 кДж;

Q2 = 9451,94×30,05×560 = 159×106 кДж;

Q3 = 9451,94×30,05×577 = 163×106 кДж.

Количество энергии, возвращаемое газовой турбиной в первой и второй ступенях

(230×106-159×106)+ (230×106-163×106) = 138×106 кДж

Мощность газовой турбины при механическом к.п.д. = 0,98 со ставит:

кВт.

при потребности компрессоров 33720 кВт.

Однако общая передача тепла в теплообменниках 7, 8 и 9 218×106 кДж. Недостающую энергию можно взять, если вместо парового котла установить теплообменник с использованием поступающего в него тепла для предварительного подогрева выхлопного газа между теплообменниками 9 и 1.

Q = 163×106— (218×106 — 138×106) = 83,8×106 кДж.

 

РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНИКА-КОНДЕНСАТОРА

 

Считаем, что температура нитрозного газа понизится до 35°С, а давление нитрозного газа упадет до 158×105 Па.

Упругость паров воды над 65%-ным раствором HNO3 при этой температуре составляет 1,6×103 Па (11,6 мм рт.ст.). Это соответствует:



%.

Допустим, NO окислится на 95 %. Тогда на его окисление потратится О2:

кмоль.

На выходе из холодильника газ содержит х паров воды. Найдем его, составив равенство

,

Откуда х = 10,1 кмоль.

Сконденсируется паров воды:

48-10,1=37,9 кмоль.

В этом количестве воды растворится y моногидрата с образованием 65%-ого раствора кислоты:

; y= 1000 кг = 15,9 кмоль.

Состав конденсата: НNO3 – 15,9 моль (1000 кг); Н2О – 29,9 кмоль (539 кг). Всего – 45,8 кмоль (1539 кг).

Вследствие окисления получится NO2

69,4+700,6×0,95 = 735,0 кмоль,

останется NO

700,6(1-0,95) = 35,0 кмоль.

Образование НNO3 определяют по уравнению достижения равновесия второй реакции с учетом коэффициентов достижения равновесия, зависящих от основных технологических параметров в конструктивных особенностей тарелок.

Расчет ведем от тарелки к тарелке до достижения расчетной степени поглощения оксидов азота, тем самым определяем необходимое число тарелок.

Объемная скорость нитрозного газа u при 25°С и среднем давлении

Р= Па;

м3/с.

Принимая линейную скорость газа w в свободном объеме равной 0,4 м/с, найдем площадь сечения абсорбционной колонны

м2.

Диаметр колонны:

м.

Примем расстояние между слоем жидкости в нижней части колонны и первой тарелкой равной 1 м. Тогда окислительный объем под первой тарелкой составит

м3,

а секундный объем проходящего газа:

м3/с.

Время пребывания нитрозного газа в окислительном объеме под первой тарелкой составит:

с.

Для определения степени окисления NО за это время воспользуемся уравнением

где t — время окисления, с; К — константа скорости реакции; 2а — концентрация NО, об.%; Р —общее давление газа, ат; g - отношение содержания О2 к половинному количеству NО, g=b/a.

Представляем следующие значения величин:

2а=0,41; а = 0,205; b = 5,64; Р = 15,8; t = 2,45; g=5,64/0,205=27,5; при 35°С К = 0,00408, и определим a:

^-__ = = 27,5; при 35°С К = 0,00408, и определяем а:

.

Отсюда a = 0,72.

Образовалось NО2, останется О2:

920,4-333=587,4 кмоль.

После реакции (40) останется NО2:

735— 1,5×15,9 = 711,1 кмоль

И образуется NO

35 + 0,5×15,9 = 43,0 кмоль.

Состав газа после холодильника-конденсатора

  кмоль об.%
NO 43,0 0,41
NO2 711,1 6,73
O2 587,4 5,64
H2O 10,1 0,10
N2 9047,5 87,12
Всего 10399,1 100,00

Правильность результата будет проверена дальше.

 

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ ПО ТАРЕЛКАМ

 

Число тарелок абсорбционной колонны рассчитывают по реакциям (39) и (40), определяющим скорость процесса образования азотной кислоты.

Образование NО2 рассчитывают повремени пребывания нитрозных газов в свободном окислительном объеме между тарелками:

43×0,72=32 кмоль.

После окисления получается NО2

711,1 +43×0,72 = 742,1,

остается NО

43(1 —0,72) = 12,0

и О2 в газе:

587,4 — 43×0,72×0,5 = 571,9.

Состав газа после окисления под первой тарелкой будет следующим:

  кмоль об.%
NO 12,0 0,11
NO2 742,1 7,12
O2 571,9 5,48
H2O 10,1 0,10
N2 9047,5 87,11
Всего 10383,6 100,00

Скорость массообмена между оксидами азота и растворами НNО3 расcчитаем по коэффициентам скорости достижения равновесного состояния.

Равновесную концентрацию NO2 х над 65%-ным раствором НNO3 на первой тарелке согласно реакции (40) определяем но уравнению

. (48)

где – константа равновесия, ат-2; – константа равновесия, ат-2; х – равновесное парциальное давление начального газа, соответственно NO, NO2, N2O4, ат.

Частные константы равновесия определяем по уравнениям Терещенко, Панова, Позина и Боденштейна:

,

.

, .

Парциалыгое давление оксидов азота в газе, поступающем на первую тарелку под давлением 15,8 ат, следующее:

 

  NO NO2+2N2O4
Количество, кмоль 742,1
Давление, ат 0,018 1,13

 

Подставляя значение величин в уравнение (48), определяем х:

, откуда х = 0,275 ат = 0,278×105 Па.

Парциальное давление всех оксидов азота в состоянии равновесия (в конечном газе):

рр =

Па.

Парциальное давление всех оксидов азота в начальном газе

рн = а+b+2с = 0,018+1,13= 1,148 (ат) = 1,16×105 Па.

Уменьшение парциального давления оксидов азота вследствие их частичного превращения в НNO3 составит:

т = рн - рр = 1,148 —0,967 = 0,181 (ат) =0,183×105 Па.

К.п.д. тарелки:

.

где h — к.п.д. тарелки, доли ед.; Р — давление газа, атм; — концентрация исходного нитрозного газа, об.%; a— окисленность нитрозного газа, доли ед.; Н — высота перелива жидкости на та­релке, м; , — концентрация HNО3, %; w — скорость газа в полном сечении колонны, м/с; d — диаметр отверстий в ситчатой тарелке, м; S — свободное сечение ситчатой тарелки, доли ед.; Т — температура кислоты, К; 8,73 — коэффициент А, учитывающий изменение концентрации газа.

С учетом к.п.д. тарелки практическое уменьшение парциального давления оксидов азота:

пр = Dрт ×h = 0,181×0,568=0,104×105 Па.

Количество оксидов азота, превращенных в HNO3, составляет:

кмоль.

На образование кислоты по реакции (40) расходуется NО2:

1,5f = 1,5×67,53 = 101,3 (кмоль).

При этом по той же реакции регенерировалось NO

0,5f= 0,5×67,53 = 33,77 (кмоль).

После первой тарелки в газе содержится

2 — 742,1 — 101,3 = 640,8 (кмоль);

NО — 12,0 + 33,77 = 45,77 (кмоль).

На образование моногидрата кислоты расходуется воды:

0,5f= 0,5×67,53 = 33,77 (кмоль).

Состав газа после первой тарелки будет следующим:

  кмоль об.%
NO 45,77 0,44
NO2 640,8 6,21
O2 571,9 5,54
H2O 10,0 0,10
N2 9047,5 87,71
Всего 10316,07 100,00

 

Определим количество кислоты, образующейся на верхних тарелках колонны

994,0 0,9999 — 67,53 = 926,37 кмоль,

где 994,0 — общее количество оксидов азота; 0,9999 — степень абсорбции оксидов азота; 67,53 — количество кислоты, образовавшейся на первой тарелке.

Количество Н2О в кислоте, стекающей с первой тарелки 1880+33,77=1913,77 кмоль,

где 1880—количество Н2О, заключенное в продукционной HNO3; 33,77 — количество Н2О, необходимое для образования моногидрата на первой тарелке.

Определим концентрацию кислоты, стекающей со второй тарелки

=63,56 %.

Снижение давления за счет гидравлического сопротивления

,

где w - линейная скорость газа в свободном сечении колонны, м/с; d – диаметр отверстий на тарелках, мм; S - свободное сечение отверстий на тарелках, %; g — плотность 65 и 26%-ной кислоты, кг/м3.

Тогда

Па.

Объемная скорость газа:

м3/с.

Слой жидкости на тарелках принимаем равным 70 мм, высоту свободного окислительного объема 0,5 м, расстояние между первой и второй тарелками:

м3/с.

Продолжительность пребывания газа между первой и второй

тарелками

с.

Затем расчет повторяется как и в случае первой тарелки.

 






Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...





© cyberpedia.su 2017 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.028 с.