Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Уравнение адиабаты. Зависимость степени превращения оксидов азота в азот для необратимой экзотермической реакции (графическая и аналитическая зависимости).

Оксиды азота взаимодействуют с водой по следующим реак-ям: 2NO2_(г)+H2O_(ж)=НNO3_(р)+HNO2_(р) DН=-116кДж; N2O4_(г)+H2O_(ж)=НNO3_(р)+HNO2_(р) DН=-159кДж; N2O3_(г)+H2O_(ж)=2HNO2_(р) DН=-56кДж; Приведенные реакции протекают с высокой скоростью, HNO2 неустойчива и разлагается: 3HNO2_(р)=НNO3_(р)+2NO+H2O, DН=75,8кДж. Суммарная реак-я образования к-ты складывается из выше приведенных ур-й и имеет вид: 3NO2+H2O=2HNO3+NO DH=-136,2кДж Т.о. 1/3 NO возвращается в газовую фазу в виде вторичного оксида азота 2. В межтарельчатом пространстве протекает реакция 2NO+O2=2NO2 DH=-114кДж. Следовательно, для переработки оксидов азота в к-ту необходимо понижать темп-ру, а для разложения азотистой к-ты наоборот повышать ее. Для поддержания оптимального температурного режима проведения процесса абсорбции предусмотрены встроенные в колонну расположенные на тарелках теплообменники, с помощью которых отводится избыточное тепло вышеприведенных экзотермических реакций и тепло разбавления азотной к-ты.

Уравнение тепл. баланса имеет вид Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q6+Q7+Q8+Q9 где Q1-физ. теп. нитрозного газа на входе в колонну (под тарелкой №1); Q2- тепло реакции гомогенного окисления NO до NO2; Q3-тепло р-ии образования НNO3 на тарелке; Q4-тепло разбавления образовавшегося моногидрата от 100% до 58%_масс; Q5-физ-е тепло р-ра НNO3 поступающего на тарелку №1 с тарелки №2. Расход Q6-физ-е тепло нитрозного газа на выходе из тарелки №1. Q7-физ-е тепло р-ра НNO3 покидающего тарелку №1; Q8-избыточное тепло передаваемое оборотной воде; Q9-потери тепла в окр среду.

Цели расчета теплового баланса: Расчет всех потоков тепла, расчет расхода оборотной воды подаваемой в змеевики тарелки и поверхности змеевиков.

Величины Q1,Q5,Q6,Q7-вычисляются по формуле Q=nct, где n-кол-во в-ва(потока), кмоль; c- средняя мольная теплоемкость потока при t, кДж/моль К; t-температура потока ^оС. Теплоемкость смеси вычисляется по закону аддитивности, используя справочные данные по средним мольным теплоемкостям веществ входящих в смесь либо вычислить по эмпирическим зависимостям с=f(t). Q2,Q3,Q4 -Теплоты реакции, разбавления вычисляются по формуле Q=nq где n-кол-во прореагировавшего в-ва, кмоль; q- мольная теплота реакции либо мольная теплота разбавления, кДж/моль; Q9-потери тепла в окруж-ю среду принимают равными в размере 0,4% от прихода тепла; Q8-вычисляют из равенства приходной и расходной частей баланса. Расчет расхода оборотной воды проводят из соотношения Q8=G_вс_в(t_k-t_н) где G_в –масса воды, с_в –теплоемкость воды, 4,187кДж/(кг*К), t_н,t_k –температуры соответственно начальная и конечная; Требуемая поверхность змеевиков на тарелке определяется из уравнения теплопередачи Q=KFDt. Необходимо сделать 20% запас поверхности. Коэффициент теплопередачи, где a1-коэффициент теплоотдачи от к-ты к стенке, Вт/м2К; a2-коэф теплоотдачи от стенки к воде, Вт/м2К; d1-толщина стенки трубки, м; d2-толщина накипи на стенке трубки, принимается равной 0,0005 м; l1- коэф теплопроводности материала трубок, Вт/мК; l1- коэф теплопроводности накипи, Вт/мК. Коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности рассчитываются, или принимаются на основе справочных данных.

Селективная каталитическая очистка хвостовых газов от оксида азота. Технологическое оформление процесса в виде технологического узла. Роль камеры сгорания реактора и камерысгорания турбинытурбины.Достоинства селективной очистки по сравнению с неселективной очисткой. Рекуперация энергии очищенных газов.

Содержание NОх в газе на выходе из абсорбционной колонны 0,09-0,11% об. Санитарная норма при выбросе в атмосферу 0,005% об, содержание в хвостовых газах 2,4-3,5% об. Для обезвреживания газа используют методы каталитического восстановления NОх природным газом или аммиаком до N2 и H2O. Процессы восстановления делят на высокотемпературные более 500С и низко менее 500С. При высокотемпературной неселективной каталитической очистке с использованием ПГ идут р-и: СH4+2O2=CO2+2H2O, DН= -802 кДж (1). 4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O, DН= -1165 кДж (2).

2NO2+CH4=N2+CO2+2H2O, DН<0 кДж (3). В начале идет р-я (1), а после полного израсходования кислорода идет (2 и 3). Селективная низкотемпературная каталитическая очистка с помощью NH3 идет при 230-320С: 6NO+4NH3=5N2+6H2O, DН= -1810.6 кДж (4). 6NO2+8NH3=7N2+12H2O, DН= -2734 кДж (5). Для селективного восстановления в качестве катализатора испытаны различные металлы. Каталитическая активность катализаторов процесса при 230-320С и скорости 10000 ч^-1, убывает в последовательности: Pt>MnO2>V2O5>CuO>…>NiO>Ag2O>ZnO. Pt резко снижает свою активность в ходе процеса. Долгой активностью обладают оксиды Мn,V,Cu,Fe.Cr,Co. В нашей стране используется АВК-10М (V-10%). Процессы очистки на нем характеризуют: объемную скорость газа до 15000ч^-1; линейную скорость газа до 1 м/с; отношение NH3:NОх = 1,1-1,15:1; степень восстановления NОх – 98-98,5%; время пробега катализатора 2-3года; остаточное содержание NОх в газе 0,002-0,004%об; NH3-не более 0,01% об. Достоинства селективной каталитической очистки: меньший расход аммиак по сравнению с ПГ, т к ПГ тратится по р-и (1); меньше температура процесса 250-300С против 690-730С (неселективной каталитической очистки). Недостатки селективной очистки с помощью аммиака: трудно точно дозировать небольшие объемы аммиака в хвостовых газах; сложно равномерно распределять аммиак в газовом потоке; возможно образование взрывоопасных нитрит-нитратов аммония в тр-дах; повышенная нагрузка на камеру сгорания турбины, т к газ смесь на входе в турбину должна иметь 670-700С. для предотвращения отложения солей температуру газа, выбрасываемых в атмосферу после турбины поддерживают выше 180С.

1 – камера сгорания реактора (КСР); 2 – жаровая часть КСР; 3 – реактор каталитической очистки (РКО); 4 – катализатор АВК – 10М; 5 – камера сгорания турбины (КСТ); 6 – турбина; 7 – компрессор воздуха.

КСР служит для того, чтобы нагреть ХГ до температуры зажигания кататилатора, равной 250 ⁰С. Для этого топочные газы, образуются в огневой части КСР добавляются к ХГ, имеющие температуру примерно 130⁰С. Аммиак, используемый в качестве восстановителя имеет температуру пример 100⁰С. На алюмо-ванадиевом катализаторе в РКО протекает следующие реакции: 6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O, ΔH = - 1811; 6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O, ΔH = - 2734. В результате такого адиабатного режима температура ОХГ на выходе равна 260⁰С, объемная доля NОх в ОХГ 0,003%об. Однако температура газа на входе в турбину 6 должна составлять 700⁰С, поэтому к ОХГ добавляются горячие топочные газы из КСТ 5. Объем топочных газов значителен, это служит причиной того, что в КСТ при температурах горения выше 1300⁰С генерируются так называемые ''термические'' NОх из N2 и О2 воздуха: N2 + О2 «2 NO, Н>0. Термический NОх добавляется к оксидам азота, присутствующем в ОХГ, в результате концентрация NОх в газе на входе в турбину повышается до 0,007%об и с такой концентрацией выбрасывается в атмосферу.

Уравнение адиабаты. Зависимость степени превращения оксидов азота в азот для необратимой экзотермической реакции (графическая и аналитическая зависимости).

Как видно из уравнения адиабаты, изменение температуры на любом участке по оси потока пропорционально степени превращения: t = ±l х, знак ур-я зависит от вида процесса (экзо-, эндо-). Для экзотермических реакций: 6NO + 4NH₃ = 5N₂ +6 H₂O. ΔН= -1811; 6NO₂ + 8NH₃ = 7N₂ +12 H₂O. ΔН= -2734: уравнение адиабаты выглядит следующим образом: t = +l х (1), где l - коэффициент адиабат-го изменения температуры. (2), где - тепло реакции на единицу массы целевого продукта, - поправочный коэффициент, выражающий отношение массы целевого продукта (N₂) к массе основного исходного в-ва (NO или NO₂). Различный наклон прямых говорит о различных начальных концентраций NO_х. Причем С_АО2 > С_АО1, это видно из ур-й (1) и (2): чем ниже С_АО, тем выше Х. Точка пересечения с осью абсцисс соотв-т температуре зажигания катализатора.

С – теплоемкость: С_О – концентрация основного исходного в-ва (NO или NO₂), С_N2 – концентрация продукта (N₂). Катализаторы: АВК – 10, АП – 2 (алюмопаладиевый). Графическое выражение уравнения адиабаты представлено на рисунке.

Задача: ХГ на выходе из абсорбционной колонны содержат 3,3%об. О2 и 0,2%об. NО. Расход ХГ-30000 нм³/ч. Газ подается на каталитическую очистку. Рассчитайте кол-во реакционного тепла и расход восстан-лей д/след вар-тов: 1. Неселективная очистка по р-ям: 2О2+СР4=СО2+2Н2О, ΔН= -803 (1), при этом остаточное содержание О2 в газе составляет 0,3% об.; 4NO+СН4=2N2+СО2+2Н2О, ΔН= -1165 (2), при этом NO расходуется полностью. 2. Селективная очистка по р-и: 6NO+4NH3=5N2+6Н2О, ΔН= -1811, при этом NO расходуется полностью.

Расчет: Рассмотрим р-ю (1): 1) Найдем какое кол-во О2 прореагировало: 30000*0,033-30000*0,003 = 900 нм3/ч.2) Найдем сколько расходуется СН4: 900/2=450 нм3/ч.3) Найдем кол-во реакционного тепла, выделяется при неселективной очистке: 2*0,0224 м3----803кДж, 900 м3-----х1 кДжÞ х1=16131,7 кДж. Рассмотрим р-ю (2): 4) Найдем какое кол-во NO прореагировало: 30000*0,002=60 нм3/ч.5) Находим расход СН4: 60/4=15 нм3/ч.6) Находим общий расход восстановителей по р-ям (1) и (2): 450+15=465 нм3/ч.7) Найдем кол-во тепла, выделяющееся по р-ции (2): 4*0,0224 м3----1165кДж, 60 м3-----х2 кДжÞ х2=780,13 кДж.8) Находим общее кол-во реакционного тепла, выделяющегося по р-ям (1) и (2) при неселективной очистке: х = х1+ х2= 16911,83 МДж. Рассмотрим р-ю (3): 9) Найдем какое кол-во NO прореагировало. Оно равно 60 нм3/ч. 10) Найдем кол-во тепла, выделяющееся по р-ции (3) при селективной очистке: 6*0,0224 м3----1811кДж, 60 м3-----х3 кДжÞ х3=808,48 МДж.