Составление материального баланса контактного узла
Теоретический расход NН3 на 1 т HNО3 согласно уравнению (38) составит:
кг.
Фактический расход NH3 при степени конверсии 96% и степени абсорбции оксидов азота 99,99% составит:
кг.
Общий расход NH3 за 1 ч
кг или кмоль.
Часовой расход воздуха при содержании в аммиачновоздушной смеси 11,5% NH3 составит:
кмоль.
В нем содержится О2:
7970×0,21 = 1670 кмоль или 53500 кг.
Количество других газов, поступающих с воздухом, составит:
7970×0,79 = 6300 (кмоль), или 176400 кг.
Содержание паров воды даже при полном насыщении воздуха при 25°С и 8×105 Па 0,4 %, поэтому в расчете эту цифру не учитываем.
Количество и состав аммиачновоздушной смеси, поступающей в контактный аппарат:
| кмоль | об.% | кг | масс.% | |
| NH3 | 11,5 | 7,12 | ||
| O2 | 18,6 | 21,60 | ||
| N2 | 69,9 | 71,28 | ||
| Всего | 100,00 |
В контактном реакторе реакция (38) протекает на 96%, а на 4% протекает реакция:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269000 Дж (42)
Образованием N2O пренебрегаем.
Образуется NO и N2:
1035×0,96 = 994 кмоль или 29820 кг;
1035×0,04×0,5 = 20,5 кмоль;
паров воды
1035×1,5 = 1552 кмоль или 27980 кг.
При образовании NO и N2 связалось О2:
1035×0,96×1,25+1035×0,04×0,75= 1272 кмоль;
Осталось О2 в нитрозном газе:
1670-1272=398 кмоль или 12740 кг.
Количество N2 в нитрозном газе:
6300+20,5=6320,5 кмоль или 176960 кг.
Количество и состав нитрозных газов, выходящих из контактного реактора:
| кмоль | об.% | кг | масс.% | |
| NO | 994,0 | 10,7 | 12,00 | |
| O2 | 398,0 | 4,3 | 5,20 | |
| H2O | 1552,0 | 16,75 | 11,30 | |
| N2 | 6320,5 | 68,25 | 71,50 | |
| Всего | 9264,5 | 100,00 | 100,00 |
Расчет необходимого количества катализатора
Предельная степень превращения NH3 в NО определяется по уравнению
, (43)
где Тк — температура катализа, К; Р — давление газа при катализе, ат.
% = 0,977.
Время контакта аммиачновоздушной смеси с катализатором определяем из уравнения
, (44)
Откуда
, (45)
где - предельная степень прекращения; a - степень превращения NH3 в оксиды азота за время t; t — время контакта газа с катализаторными сетками; К — константа скорости реакции. Она равна
, (46)
где R - газовая постоянная (8,29 Дж/(моль×°С); 33494 – энергия активации, Дж/моль. Подставляем значения величин и получаем:
.
Тогда
,
с.
Количество необходимых платинородиевопалладиевых сеток, диаметром ниток 0,009 см и числом плетения 1024 на 1 см2, рассчитываем по уравнению:
m = 1,43+1,57Р = 1,43+1,57×8 = 14 шт.
Берем с запасом (16 штук) с учетом постепенного отравления их.
Площадь сечения контактных платииоидних сеток будет раина
где t — время катализа, с (0,95×10-4 с);V0 - объем аммиачновоздушной смеси при 0°С и атмосферном давлении; Тк - температура конверсии (1203 К); m — расчетное количество платиноидных сеток (14 штук); (d — диаметр нитей сеток (0,009 см); Рн - начальное давление газа (1×105 Па); Рк - давление газа при катализе (8×105 Па); n - число плетений на 1 см2 сетки (1024).
Объем аммиачновоздушной смеси, проходящей за 1 с через катализатор:
м3.
Площадь сечения:
м2.
Диаметр контактных сеток:
м.
Таким же будет и внутренний диаметр кольца, в котором зажимаются платиноидные сетки. Общий диаметр сеток с учетом их зажима в кольцо составит
2,24+2×0,05=2,34 м.
Поверхность 1 м2 сетки:
м2.
Общая поверхность всех сеток равна:
F = 1,81×16×3,92 = 114 м2.
Напряженность 1 м2 активной поверхности сеток в сутки составит:
кг NH3.
Общая масса сеток при массе 1 м2 сеток 875 г.
875×16×3,92=55000 г.
Напряженность 1 г платиноидных сеток в сутки составит:
кг NH3.