Контрольная работа на тему Материальный баланс холодильника конденсатора
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2014-11-20Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
1. Исходные данные для расчета
1. В холодильник-конденсатор поступает 5000 нмі/ч нитрозных газов.
2. Состав газа на входе, %об.: NO – 2, NO2 – 8,35, O2 – 1,92, N2 – 70,80, Н2О – 16,93.
3. Давление в системе 7,5 атм.
4. Степень превращения окислов азота при абсорбции – 0,98.
5. В расчете теплового баланса определить количество охлаждающей воды.
6. Температура нитрозного газа на входе в холодильник – конденсатор – 160єС.
7. Температура нитрозного газа на выходе из холодильника–конденсатора – 40єС.
8. Степень конденсации водяных паров – 90 %.
2. Материальный баланс холодильника-конденсатора
Цель материального баланса: определение состава нитрозного газа после холодильника-конденсатора.
Таблица 1. Состав нитрозных газов, поступающих в холодильник-конденсатор
В холодильнике – конденсаторе образуется конденсат, содержащий 40%-ную HNO3 , что соответствует степени превращения окислов азота 25 %.
Условно пересчитываем окислы азота, содержащиеся в нитрозном газе, на NO2:
(NO+ NO2)=4,46+18,64=23,1 кмоль/ч
1. Количество конденсата.
Количество двуокиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит:
23,1*0,25=5,775 кмоль/ч
На образование азотной кислоты по реакции
4 NO2 + O2 +2Н2О = 4HNO3 - 73600 кДж
расходуется воды: 5,775 / 2 = 2,887 кмоль/ч.
Количество сконденсировавшейся воды x, пошедшей на образование 40%-ной HNO3 , можно вычислить по уравнению:
36382,5=14553+720x
x= 30,32 кмоль/ч
Всего сконденсировалось воды:
2,887 + 30,32 = 33,21 кмоль/ч
В газе осталось водяных паров:
37,79 – 33,21 =4,58 кмоль/ч
Количество образовавшейся 40%-ной HNO3 :
5,775 + 30,32 = 36,095 кмоль/ч
2. Количество и состав газа после холодильника.
На образование HNO3 пошло кислорода:
5,775*0,25 = 1,444 кмоль/ч
В газе осталось:
кислорода
4,286 - 1,444=2,842 кмоль/ч
окислов азота
23,1 – 5,775=17,325 кмоль/ч
Таблица 2. Состав нитрозных газов, выходящих из холодильника-конденсатора
Таблица 3. Состав конденсата
3. Сводный материальный баланс холодильника–конденсатора
Таблица 4.
Неувязка материального баланса составляет:
Она не превышает 1 %, соответственно материальный баланс рассчитан верно.
Тепловой баланс холодильника – конденсатора
Цель теплового баланса: расчёт тепловых потоков.
1. Теплоту, приносимую с нитрозным газом, находим по формуле,
,
где ni – количество вещества исходных реагентов, кмоль/ч (материальный баланс);
ci – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tвх,i – температура входного потока, єС.
Находим среднюю теплоёмкость компонентов нитрозного газа по формулам:
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
Рассчитаем среднюю теплоёмкость нитрозного газа по правилу аддитивности:
;
.
Q1 =223,212*31,136*160 = 1111988,613 кДж/ч = 308,89 кВт.
2. Теплоту, поступающую за счет конденсации паров воды, определяем как:
Q2 = (2780 – 4,18*40) 33,21*18 = 1561879,584 кДж/ч = 433,85 кВт.
где 2780 кДж / кг – теплота конденсации водяного пара.
3. Теплоту при образовании азотной кислоты находим по формуле, кДж:
,
где q – теплота образования безводной HNO3 (по реакции), кДж; q=73600 кДж;
m – количество образовавшейся кислоты, кмоль/ч.( материальный баланс)
Q3 = 
кДж/ч = 29,52 кВт.
Теплота, выделяющаяся при разбавлении безводной кислоты до 40%-ной HNO3:
Q4 = 28400 * 5,775 = 164010 кДж/ч = 45,56 кВт.
где 28400 – теплота разбавления азотной кислоты, кДж / моль.
Теплоту, отводимую нитрозным газом из конденсатора, находим по формуле, кДж:
где nj – количество вещества продуктов реакции, кг/ч, (материальный баланс); cj – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tкон,j – температура выходного потока, єС.
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
кДж / (кмоль К)
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
.
Q5 =182,787*29,859*40 = 218313,481 кДж/ч = 60,64 кВт.
Теплоту, отводимую с кислотой из холодильника – конденсатора находим как:
Q6 = 
кДж/ч = 30,73 кВт.
[3,041 – теплоемкость 40%-ной HNO3 при 40 єС, кДж / (кг К)].
По разности между количествами приходящей и расходуемой теплоты определяем теплоту, отводимую охлаждающей водой:
Q7 = (308,89 + 433,85 + 29,52 + 45,56) – (60,64 + 30,73) = 726,45 кВт.
Таблица 5. Тепловой баланс холодильника–конденсатора
1. В холодильник-конденсатор поступает 5000 нмі/ч нитрозных газов.
2. Состав газа на входе, %об.: NO – 2, NO2 – 8,35, O2 – 1,92, N2 – 70,80, Н2О – 16,93.
3. Давление в системе 7,5 атм.
4. Степень превращения окислов азота при абсорбции – 0,98.
5. В расчете теплового баланса определить количество охлаждающей воды.
6. Температура нитрозного газа на входе в холодильник – конденсатор – 160єС.
7. Температура нитрозного газа на выходе из холодильника–конденсатора – 40єС.
8. Степень конденсации водяных паров – 90 %.
2. Материальный баланс холодильника-конденсатора
Цель материального баланса: определение состава нитрозного газа после холодильника-конденсатора.
Таблица 1. Состав нитрозных газов, поступающих в холодильник-конденсатор
| Состав | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | % (об.) |
| NO | 100 | 133,8 | 4,46 | 2 |
| NO2 | 417,5 | 857,44 | 18,64 | 8,35 |
| O2 | 96 | 137,152 | 4,286 | 1,92 |
| N2 | 3540 | 4425,008 | 158,036 | 70,80 |
| H2O | 846,5 | 680,22 | 37,79 | 16,93 |
| Всего | 5000 | 6233,62 | 223,212 | 100 |
Условно пересчитываем окислы азота, содержащиеся в нитрозном газе, на NO2:
(NO+ NO2)=4,46+18,64=23,1 кмоль/ч
1. Количество конденсата.
Количество двуокиси азота, превращенной в азотную кислоту, составит:
23,1*0,25=5,775 кмоль/ч
На образование азотной кислоты по реакции
4 NO2 + O2 +2Н2О = 4HNO3 - 73600 кДж
расходуется воды: 5,775 / 2 = 2,887 кмоль/ч.
Количество сконденсировавшейся воды x, пошедшей на образование 40%-ной HNO3 , можно вычислить по уравнению:
36382,5=14553+720x
x= 30,32 кмоль/ч
Всего сконденсировалось воды:
2,887 + 30,32 = 33,21 кмоль/ч
В газе осталось водяных паров:
37,79 – 33,21 =4,58 кмоль/ч
Количество образовавшейся 40%-ной HNO3 :
5,775 + 30,32 = 36,095 кмоль/ч
2. Количество и состав газа после холодильника.
На образование HNO3 пошло кислорода:
5,775*0,25 = 1,444 кмоль/ч
В газе осталось:
кислорода
4,286 - 1,444=2,842 кмоль/ч
окислов азота
23,1 – 5,775=17,325 кмоль/ч
Таблица 2. Состав нитрозных газов, выходящих из холодильника-конденсатора
| Состав | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | % (об.) |
| NO | 99,904 | 133,8 | 4,46 | 2,44 |
| NO2 | 288,176 | 591,79 | 12,865 | 7,04 |
| O2 | 63,661 | 90,944 | 2,842 | 1,55 |
| N2 | 3540,006 | 4425,008 | 158,036 | 86,46 |
| H2O | 102,592 | 82,44 | 4,58 | 2,51 |
| Всего | 4094,339 | 5323,982 | 182,783 | 100 |
| Состав | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | %(об.) |
| HNO3 | 129,36 | 363,825 | 2,05 | 39,99 |
| H2O | 679,17 | 545,76 | 37,73 | 60,01 |
| Всего | 808,53 | 909,585 | 39,78 | 100 |
Таблица 4.
| ПРИХОД | РАСХОД | ||||||||
| В-во | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | %(об.) | В-во | м3/ч | кг/ч | кмоль/ч | %(об.) |
| NO | 100 | 133,8 | 4,46 | 2 | NO | 99,904 | 133,8 | 4,46 | 2,01 |
| NO2 | 417,5 | 857,44 | 18,64 | 8,35 | NO2 | 288,176 | 591,79 | 12,865 | 5,78 |
| O2 | 96 | 137,152 | 4,286 | 1,92 | O2 | 63,661 | 90,944 | 2,842 | 1,28 |
| N2 | 3540 | 4425,01 | 158,036 | 70,80 | N2 | 3540,01 | 4425,01 | 158,04 | 71,06 |
| H2O | 846,5 | 680,22 | 37,79 | 16,93 | H2O | 102,592 | 82,44 | 4,58 | 2,06 |
| H2O конд-ат | 679,17 | 545,76 | 37,73 | 16,96 | |||||
| HNO3 конд-ат | 129,36 | 363,825 | 2,05 | 0,92 | |||||
| Всего | 5000 | 6233,62 | 223,212 | 100 | Всего | 4902,873 | 6233,57 | 222,39 | 100 |
Она не превышает 1 %, соответственно материальный баланс рассчитан верно.
Тепловой баланс холодильника – конденсатора
Цель теплового баланса: расчёт тепловых потоков.
1. Теплоту, приносимую с нитрозным газом, находим по формуле,
где ni – количество вещества исходных реагентов, кмоль/ч (материальный баланс);
ci – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tвх,i – температура входного потока, єС.
Находим среднюю теплоёмкость компонентов нитрозного газа по формулам:
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
| Компоненты | Теплоёмкость, |
| NО | 30,53 |
| N2 | 29,44 |
| NO2 | 39,86 |
| O2 | 29,78 |
| H2O | 34,15 |
Q1 =223,212*31,136*160 = 1111988,613 кДж/ч = 308,89 кВт.
2. Теплоту, поступающую за счет конденсации паров воды, определяем как:
Q2 = (2780 – 4,18*40) 33,21*18 = 1561879,584 кДж/ч = 433,85 кВт.
где 2780 кДж / кг – теплота конденсации водяного пара.
3. Теплоту при образовании азотной кислоты находим по формуле, кДж:
где q – теплота образования безводной HNO3 (по реакции), кДж; q=73600 кДж;
m – количество образовавшейся кислоты, кмоль/ч.( материальный баланс)
Q3 =
Теплота, выделяющаяся при разбавлении безводной кислоты до 40%-ной HNO3:
Q4 = 28400 * 5,775 = 164010 кДж/ч = 45,56 кВт.
где 28400 – теплота разбавления азотной кислоты, кДж / моль.
Теплоту, отводимую нитрозным газом из конденсатора, находим по формуле, кДж:
где nj – количество вещества продуктов реакции, кг/ч, (материальный баланс); cj – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж / (кмоль К);
tкон,j – температура выходного потока, єС.
Таблица 3. Средняя теплоёмкость нитрозного газа
| Компоненты | Теплоёмкость, |
| NО | 30,12 |
| N2 | 29,18 |
| NO2 | 37,09 |
| O2 | 28,45 |
| H2O | 33,59 |
Q5 =182,787*29,859*40 = 218313,481 кДж/ч = 60,64 кВт.
Теплоту, отводимую с кислотой из холодильника – конденсатора находим как:
Q6 =
[3,041 – теплоемкость 40%-ной HNO3 при 40 єС, кДж / (кг К)].
По разности между количествами приходящей и расходуемой теплоты определяем теплоту, отводимую охлаждающей водой:
Q7 = (308,89 + 433,85 + 29,52 + 45,56) – (60,64 + 30,73) = 726,45 кВт.
Таблица 5. Тепловой баланс холодильника–конденсатора
| ПРИХОД | РАСХОД | ||||
| Поток | кВт | % | Поток | кВт | % |
| Q1 | 308,89 | 37,77 | Q5 | 60,64 | 7,41 |
| Q2 | 433,85 | 53,05 | Q6 | 30,73 | 3,76 |
| Q3 | 29,52 | 3,61 | Q7 | 726,45 | 88,83 |
| Q4 | 45,56 | 5,57 | |||
| Всего | 817,82 | 100 | Всего | 817,82 | 100 |
