Расчет материального баланса процесса получения азотной кислоты окислением аммиака

 

В промышленности концентрированную азотную кислоту получают окислением аммиака с последующим поглощением образующихся оксидов азота водой.

Переработка аммиака в азотную кислоту начинается с его окисления кислородом воздуха по реакции:

4NH₃ + 5O₂ ® 4NO + 6H₂O + 910 кДж. (I)

Окислениe аммиака в промышленных условиях ведут в контактном аппарате на платино-родиевом катализаторе в виде сетки (5­10% родия.) при температуре 800­900 °С под давлением или без него.

Одновременно могут протекать реакции

4NН₃ + 4O₂ ® 2N₂O + 6 H₂O + 1108 кДж (2)

и

4NH₃ + 3O₂ ® 2N₂ +6 H₂O + 1273 кДж. (3)

Практически необходимой реакцией является реакция (1). При более низких температурах уменьшающей конечный выход продукта является реакция (2), при более высоких ­ реакция (3).

Практически используемая концентрация аммиачно-воздушной смеси составляет 10­12 об.%. Оптимальное время контактирования смеси с катализатором 0,001­0,002 с. Получающиеся после окисления аммиака нитрозные газы содержат до 10­11% монооксида азота.

Далее их охлаждают, при этом за счет присутствующего в газах, кислорода происходит окисление монооксида до диоксида:

2NO + O₂ ®2NO₂ + 137 кДж, (4)

который поглощается водой в поглотительных башнях по реакции:

2NO₂ + Н₂О ® НNО₃ + HNO₂. (5).

Азотистая кислота в кислых растворах и при достаточной концентрации разлагается на азотную кислоту и монооксид азота, который в избытке кислорода воздуха снова окисляется до диоксида и азотной кислоты.

Принцип метода:

Материальный баланс представляет вещественное выражение закона сохранения массы применительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход) равна массе веществ, полученных в этой операции (расход), что записывается в виде уравнении баланса ∑m _приход = ∑m _расход. Материальный баланс составляется на единицу массы целевого продукта.

Цель работы.

Составить материальный баланс процесса получения 1 т 100%-ной азотной кислоты путем окисления аммиака по фиксированным исходным данным.

Ход работы:

Исходные данные

Содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси ­ А (об. %).

Степень контактирования ­ В (%).

Степень окисления монооксида азота ­ С (%).

Расчет введенного количества реагентов

1. На 1 т 100%-ной азотной кислоты необходимо аммиака

(17/1000) ^. 0,63 =270 кг.

С учетом степени контактирования и степени поглощения полученных оксидов количество необходимого аммиака составит

E = (270^. 100)/(B ^. Д) кг

или E/17 кмоль аммиака ­ (F)

2. Расчет аммиачно-воздушной смеси

Содержание аммиака в смеси A об. %. Следовательно, на воздух приходится 100 ­ A об. %. Нeо6хoдимoe количество воздуха

G = (F/A) ^. (100 - А) кмоль,

в том числе кислорода (G ^. 21)/100 кмоль, азота (G ^. 79)/100 кмоль.

Состав аммиачно-воздушной смеси заносим в таблицу:

 

Компонент	Кмоль	Об. %	кг
NH3
O2
N2
Всего		100,0

 

Расчет введенного количества газов

1. Количество получающегося монооксида азота, по реакции (1)

1 кмоль NH₃ дает 1 кмоль NO, а при степени контактирования В из F кмоль получится монооксида азота F ^. В кмоль или F ^. B ^. 30 кг.

2. По возможной реакции (3) из l кмоль NH₃ получается 0,5 кмоль N₂. В этой реакции участвуют 3% аммиака от первоначального количества:

F ^. 0,5 ^. 0,03 кмоль или F ^. 0,5 ^. 0,03 ^. 28 кг N₂.

3. Количество получающихся водяных паров

Из уравнений реакций (1) и (3) видно, что 4 кмоль аммиака образуют 6 кмоль Н₂О и суммарное количество паров воды составит

(F ^. 6)/4 кмоль или (F ^. 6 ^. 18)/4 кг Н₂О.

4. Количество оставшегося кислорода

По уравнению (1) вступило в реакцию кислорода

H = (F ^. 5 ^. В)/4 кмоль.

По уравнению (3) вступило в реакцию кислорода

K = (F ^. 3 ^. 0,03)/4 кмоль.

Всего вступило в реакцию кислорода (Н + К) кмоль или.(Н + К) ^. 32 кг. Осталось в нитрозных газах кислорода:

L =(G ^. 21)/100 - (Н + К), кмоль или L ^. 32 кг О₂.

5. Количество азота в нитрозных газах складывается из первоначального количества азота и азота, образовавшегося по реакции (3):

M = (G ^. 79)/100 + F ^. 0,5 ^. 0,03, кмоль.

 

---

Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 174; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!