Материальный баланс

Расчет концентрационной колонны

Составить материальный и тепловой балансы колонны для концентрирования азотной кислоты в присутствии серной кислоты

Исходные данные:

Выход азотной кислоты, f 0,99

Концентрация кислот:

- разбавленной азотной, w ^р_аз 0,50

- концентрированной азотной, w^к_аз 0,98

- концентрированной серной, w^к_сер 0,92

- отработанной серной, w^от_сер 0,65

Температура,° С

- исходных кислот и воздуха, t^вх 20

- паров азотной кислоты на выходе

из колонны, t^вых_пар 85

- отработанной серной кислоты, t^вых_сер 150

- концентрированной азотной кислоты

после конденсатора, t_аз 40

- перегретого пара, t_пар 250

-концентрированной азотной кислоты на выходе, t^вых_аз 80

Давление пара, поступающего в колонну р, МПа 0,147

Расчет вести на 1000 кг продукционной HNO_3.

Определить массу концентрированной серной кислоты, поступающей в колонну, расход пара.

Материальный баланс

Расход 50% - ной HNO₃:

m^р_аз = 1000 · w^к_аз / (w ^р_аз · f) = 1000 · 0,98 / 0,50 ·0,99 = 1979,8 кг

в том числе:

HNO₃: m^р _HNO3 = m^р_аз · w ^р_аз = 1979,8 · 0,50 = 989,9 кг

H₂O: m^р_H2O = m^р_аз ·(1 - w ^р_аз) = 1979,8·(1 – 0,50) = 989,9кг

Пусть масса концентрированной серной кислоты, поступающей в колонну, будет х, тогда расход H₂SO₄ составит (w^к_сер · х), а количество воды, вводимой с серной кислотой m^сер_Н2О = (1 - w^к_сер) · х. В этом случае из концентрационной колонны выходит с парами азотной кислоты:

HNO₃: m^к _HNO3 = m^р _HNO3 = 989,9 кг

H₂O: m^к_H2O = m^р_H2O ·(1 - w ^к_аз) / w ^к_аз = 989,9 · (1 – 0,98) / 0,98 = 20,2 кг

Всего m^к_аз = m^к _HNO3 + m^к_H2O = 989,9 + 20,2 = 1010,1 кг

С отработанной серной кислотой:

H₂SO₄ : m^от_Н2SO4 = w^к_сер · х = 0,92 х

H₂O: m^от_Н2O = w^к_сер · х ·(1 - w ^от_сер) / w ^от_сер =

= 0,92 х (1 – 0,65) / 0,65 = 0,49 х

Всего m^от_сер = m^от_Н2SO4 + m^от_Н2O = 0,92х + 0,49х = 1,41х

Обозначим массу воды, введенной с паром y, тогда уравнение баланса воды можно записать в следующем виде:

m^р_H2O + m^сер_Н2О + y = m^к_H2O + m^от_Н2O

или 989,9 + (1 – 0,92) х + у = 20,2 + 0,49 х

969,7 + у = 0,41 х (1)

Для составления материального баланса необходимо воспользоваться уравнением теплового баланса, т.к. в уравнение материального баланса входит расход пара у, определяемый из теплового баланса.

Дата добавления: 2015-08-20