Про азотную кислоту

[Ravega]

Доброго времени суток. Нужна помощь знающих химиков.
Необходимо рассчитать энергетический баланс производства азотной кислоты. Процесс в следующем: аммоний с воздухом при нормальной температуре поступают в реактор. Происходит нагрев до 850 градусов. На выходе получаются: О2, NO2, NO, N2, NH3, H2O. Всё это поступает в адиабатическую систему, из которой газ направляется частично в реактор, частично из системы. После оксидации содержимое, проходя через катализатор, подвергается охлаждению до температуры 40 градусов выше нуля. Что позволяет, в том числе, улучшить движение азотной кислоты по трубопроводу к системе абсорбции. Затем NO2, H2O направляются на концентрацию до 98 процентов. Часть абсорбированной азотной кислоты возвращается в реактор в целях снижения производственных потерь. Часть - на выхлоп.
Заранее выражаю признательность!

[прохожий]

Если не секрет, какая у Вас основная реакция процесса? А ещё лучше материальный баланс...
_________________
мы не правые, и не левые, потому что мы валенки....

[Ravega]

[прохожий]

Понимаете, рассчитать энергетический баланс без материального баланса или хотя бы без уравнений основных реакций - вещь практически безнадёжная...

Вы привели выдержку из техрегламента существующего процесса, но рассчитать энергетический баланс можно только косвенно и ОЧЕНЬ грубо. Суда по продуктам реакции часть реакций эндотермическая, часть экзотермическая. А не зная чего и сколько берётся трудно проводить какие-то вычисления... опять же реактор адиабатический... Не понятно какая массовая доля чего куда направляется и с какой температурой.

Грубо можно сказать, что изначально на время заполнения рецикла ежесекундно затрачивается энергии:

Q=Cp*m*(Tк-Tн), где

Cp - изобарическая теплоёмкость газовой смеси для данного давления в реакторе (если реактор под постоянным давлением);
m - масса газовой смеси за секунду;
(Tк-Tн) - разность температур газовой смеси ПОСЛЕ нагрева и ДО подачи на нагрев.

Это без учёта тепловых потерь, которые в зависимости от конструкции теплообменников, реактора, печи и трубопроводов могут достигать 40% (основные потери на печи).

Теперь химические процессы
Какая основная реакция не понятно , какие побочные соответственно даже и представить сложно , следовательно вывод: о падении или росте температуры в реакторе нет НИКАКИХ представлений.

Адиабатическая система - как я понимаю, это скруббер...
Что там происходит опять непонятно

Газ частично (насколько процентов массовых частично?) направляется в реактор!... Вот здесь и заканчивается весь предварительный анализ! Так как температура отводимого в реактор газа неизвестна - не понятно какое количество теплоты нужно добавить или отнять на входе в реактор и главное КАК. Можно уменьшить температуру или количество подаваемого исходной газовой смеси.

После оксидации.... А где она проходит? Я вот из описания понял, что в скруббере Хотя по логике должно быть в реакторе.

...проходя через катализатор, подвергается охлаждению до температуры 40 градусов выше нуля...
А что за катализатор и зачем он там вообще нужен? Что-то не припомню КАТАЛИЗАТОРОВ ОХЛАЖДЕНИЯ... Но это уже не важно, ибо вот они! те цифры что помогут нам хоть в чём-то... "40 градусов выше нуля", как я понимаю по Цельсию... Следовательно ГРУБЕЙШИЙ энергетический расчёт выглядит примерно так:

Qк = Cp*Мк*(Tк-Tн), где
Cp - изобарическая теплоёмкость продукта для атмосферного давления (но это вообще некорректно, так как на входе газ, а на выходе жидкость, но у нас НЕТ данных о температуре на момент выхода смеси из реактор или хотя бы из того места, где концентрация азотной кислоты более 50%);
Мк - масса смеси конечного продукта за секунду;
(Tк-Tн) - разность температур готового продукта и газовой смеси входе в реактор.

И это всё без учёта потерь, без учёта теплообменников, и даже не обращая внимания на РАЗНЫЙ фазовый состав исходных и конечных веществ

А теперь прикиньте dQ = Q-Qк, где Q - см. начало, а Qк - см. конец...

Разница внушает уважение? А должно быть 0
_________________
мы не правые, и не левые, потому что мы валенки....

[Ravega]

[прохожий]

Ну вот теперь картина проясняется...

Вся задача разбивается на несколько частей:
1) подготовительная стадия, расчёт по приводимой ранее формуле Q=Cv*m*(Tк-Tн) для каждого компонента на входе в реактор, в том числе и для части нитрозных газов. Необходимо определить начальные и конечные температуры, и массовый расход. Только учтите, теплоёмкость надо брать изохорическую. Ну и потери не забудьте учесть. (приход - энергия нагрева, расход - потери)

2) реактор, по справочникам определяется тепловой эффект реакции NH3+2O2= HNO3 + H2O полученное количество теплоты вычитаете, ну или добавляете к теплоте на входе в реактор, и потери учитываем. (приход - энергия со стадии 1), расход - энергия на реакцию и потери)

3) конденсатор-охладитель, температура приход - энергия газов из реактора за ВЫЧЕТОМ доли рецикла, расход - охлаждение газов и потери.

4) скруббер, приход - энергия газов из охладителя, энергия воды, расход - охлаждение газов, теплота абсорбции, охлаждение раствора азотной кислоты получаемой концентрации, нагрев воды и энергия уносимая с NO и потери.

5) абсорбция щёлочью, приход - энергия кислоты слабой концентрации, воздуха и щёлочи, расход - энергия абсорбции, энергия раствора кислоты и щелочи и потери.

6) подбиваете итоговый баланс, складываете все приходы и расходы (причет энергия и там и там может быт как со знаком плюс, так и со знаком минус) и сравниваете суммы между собой

Это тем не менее тоже всё приблизительно, так как не известен точный химический состав потоков и их количество. Вам ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно знать температуры на входе и выходе каждой из обозначенных стадий и массу потоков!

Как-то так, если ничего не забыл... А то, знаете ли, годы начинают потихоньку брать своё...

_________________
мы не правые, и не левые, потому что мы валенки....