6.2Алгоритм розрахунку

Основні реакції каталітичного окиснення аміаку:

4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂О + 908 кДж

4NH₃ + 3О₂ = 2N₂ + 6Н₂О + 1269,1 кДж

Обидві реакції в умовах проведення очистки слід розглядати як незворотні, що дозволяє досягти практично повного окиснення аміаку.

Вихідні дані для відділення конверсії аміаку вітчизняного цеху виробництва азотної кислоти потужністю 20 т/год (схема під єдиним тиском 0,716 МПа).

Діаметр платинового дроту d = 0,009 см, число плетінь на 1 см² сітки =1024.

Активна поверхня сітки Sakt = 1,81 м²/м².

Коефіцієнт запасу каталізатору К_з =2.

Діаметр стандартної сітки Dr = 1,7 м.

Вільний об’єм сітки EPS = 0,548.

Таблиця 1 – Склад газу на вході в конвертор.

Компонент	нм3/год	%об.	кг/год	%мас.
NН3		9,7
О2		18,9
N2		71,4
NO		0
H2О		0
Всього	V0=76750	100

Тиск Р, атм 7,3

Ступінь конверсії аміаку до NO, 0,96

Температура газу на вході в реактор, t_о 220

Температура газу на виході з каталізатору, tк 900

Розрахунок

1. Попередні розрахунки

Заповнити таблиці 1 і 2. Таблиця 2 заповнюється за результатами стехіометричних розрахунків згідно вищенаведених рівнянь.

Таблиця 2 – Склад газу на виході з конвертора

Компонент	нм3/год	%об.	кг/год	%мас.
NН3
О2
N2
NO
H2О
Всього	Σ=Vk

Розрахувати середньо логарифмічну температуру газової суміші Тсер.

За створеною в попередній роботі програмою «Властивість азото-водневої суміші» за Тсер розрахувати: кінематичну в’язкість газової суміші , м²/с; бінарний коефіцієнти дифузії аміаку відносно азоту D_l, м²/с. Тобто розглядати вихідну суміш (табл. 1) як бінарну: аміак і азот разом з киснем (обидва гази двохатомні з близькими властивостями).

2. Розрахунок кількості каталізатора

2.1 Надходження та витрати газів в перерахунку на робочі умови, м³/год:

, .

Розрахувати середньоарифметичну витрату газу за нормальних умов (таблниця 1 і 2) та за температури середньологарифмічну – V_{сер(Р.У.)}, м³/год.

Концентрація аміаку, кмоль/м³, враховуючи робочі умови:

, ,

де Vam₀ – витрата аміаку згідно табл. 1, нм³/год, – врахування основної реакції окиснення.

Рушійна сила процесу:

2.3 Еквівалентний діаметр дроту, м, .

2.4 Площа перетину реактору, м²:

2.5 Лінійна швидкість W_l, м/с, за робочих умов:

2.6 Коефіцієнт масовіддачі , м/с:

2.7 Швидкість процесу окиснення, кмоль/с:

2.8 Зовнішня поверхня каталізатору, м², необхідні для реалізації процесу:

2.9 Кількість сіток: .

3. Кінетичний розрахунок конвертора

Розрахунок базується на визначенні часу контактування газової суміші з каталізатором за рівнянням швидкості процесу і необхідної для цього поверхні [2].

3.1 Визначення граничного ступеня перетворення у , частка:

/100.

Визначення константи швидкості:

,

де . В цих рівняннях Р виражений у атм.

3.3 Визначення часу контактування АВС з каталізатором, с:

де − ступінь перетворення у , частка.