Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Февраля 2013 в 20:49, курсовая работа
Рассматриваемая в работе реакция является промежуточной стадией процесса получения азотной кислоты.
Существуют два способа производства азотной кислоты:
— получение разбавленной кислоты с последующим концентрированием ее в случае необходимости и
— непосредственное получение концентрированной кислоты.
Минобрнауки России
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский
(технический университет)»
УГС (код, наименование)_________________
Специальность (специализация)_
______________________________
Факультет_____________________
Кафедра ______________________________
Учебная дисциплина____________________
Курс _________
КУРСОВАЯ РАБОТА (КУРСОВОЙ ПРОЕКТ)
Тема ______________________________
______________________________
______________________________
Студент _________________ ___________________
Руководитель,
должность _________________ ___________________
Оценка за курсовую работу
(курсовой проект) ___________ ____________________
Санкт-Петербург
2013
Минобрнауки России
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский
(технический университет)»
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
УГС ______________________________
Направление подготовки____________________
Профиль, специальность,
магистерская программа (подчеркнуть) ______________________________
Факультет ______________________________
Кафедра ______________________________
Учебная дисциплина ______________________________
Курс _________
Студент_______________________
Тема ______________________________
______________________________
Исходные данные к
работе (источники)
______________________________
Перечень вопросов, подлежащих разработке
1 Аналитический обзор___________
______________________________
2 Основная часть ______________________________
______________________________
Дата выдачи задания ______________________________
Срок представления проекта к защите ____________________________
Заведующий кафедрой _______________ ______________________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Лектор,
должность (подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Руководитель, _______________ _____________________
должность (подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Задание принял
к выполнению _______________ _____________________
Окисление монооксида азота в промышленности
Рассматриваемая в работе реакция является промежуточной стадией процесса получения азотной кислоты.
Существуют два способа
— получение разбавленной кислоты с последующим концентрированием ее в случае необходимости и
— непосредственное получение концентрированной кислоты.
Наиболее распространен первый способ, что связано с использованием в народном хозяйстве как концентрированной, так и разбавленной кислоты. Методы различаются физико-химическими закономерностями протекающих процессов и технологическими схемами. Однако независимо от схемы, синтез азотной кислоты из аммиака описывается общей химической схемой:
Первая стадия процесса (конверсия аммиака) одинакова как для получения разбавленной, так и для получения концентрированной кислоты, вторая стадия (переработка нитрозных газов) отличается рядом особенностей. Решающее значение при выборе параметров той или иной технологической схемы имеет выбор оптимального давления на каждой из стадий процесса. В производстве азотной кислоты повышение давления существенно интенсифицирует химические реакции на всех стадиях процесса, способствует эффективности теплообмена, позволяет использовать более совершенные массообменные устройства, уменьшает размеры аппаратуры и коммуникаций и, в конечном итоге, позволяет снизить капитальные расходы.
В то же время повышение давления оказывает и негативное влияние на экономические показатели работы агрегата. К ним относятся: ускорение побочных реакций на стадии окисления аммиака, снижение степени конверсии, потери катализатора вследствие его уноса потоком газа и необходимость частой замены его, что связано с остановкой производства.
Технико-экономический анализ показывает, что применение единого (повышенного) давления на всех стадиях производства целесообразно лишь в том случае, когда мощность установки не превышает 600—800 т/сутки. Установки большей мощности экономически выгодно создавать только с использованием разных давлений на стадии конверсии аммиака и стадии переработки нитрозных газов.
В течении ряда лет существовало мнение, что оксиды азота образуются в процессах горения в виде монооксида азота и лишь после выхода из дымовой трубы доокисляются в диоксид. Однако при сжигании богатых смесей и при сжигании газовоздушных смесей, по составу близких к стехиометрическим, было зафиксировано в предпламенной зоне до 14 мг/м^3 диоксида азота. Во фронте пламени существенных количеств NO2 обнаружить не удалось, что можно объяснить разложением NO2 в ходе реакции:
Так же не исключены и другие реакции разложения NO2.
Образование NO начинается на расстоянии 1 мм от видимого фронта пламени и достигает максимума во фронте пламени. Отношение NO2/NO уменьшается с повышением температуры. Разложение NO2 происходит за период = 4*10^-3 с на отрезке длинной 1 мм от начальной границы видимого фронта пламени. Зона разложения предпламенной NO2 во фронте пламени совпадает с зоной образования “быстрых” NO, т.е зоной интенсивного нарастания концентраций оксида азота. Эффект разложения NO2 в факеле известен и начинает использовать с целью очистки газов, содержащих высокие концентрации NO2 (отходящие газы химической и других отраслей промышленности).
Процесс доокисления NO в NO2 в пламенах молекулярным кислородом имеет высокую энергию активации реакций и большое время реагирования, поэтому существенных количеств NO2 он дать не может. Из двух наиболее вероятных окислителей NO в NO2 (атомарный кислород и пероксидный радикал - HO2) практически значение имеет лишь НО2. Доокисление NO в NO2 происходит за счёт реакции с пероксидным радикалом и имеет место при сильном охлаждении пламен избыточным воздухом и водоохлаждаемыми поверхностями нагрева:
“Время жизни” НО2 составляет от 10^-4 с до (2-3)*10^-2 с. Процесс окисления лимитируется только количеством НO2 , так как концентрация NO существенно выше, чем радикальность НO2.
В области минимальных температур в зоне горения при содержании NO в продуктах сгорания 100-120 мг/м^3 время реагирования не превышает 10^-4 с , т.е можно считать, что при наличии НO2 NO практически мгновенно переходит в NO2 и только недостаточное количество НO2 препятствует полному доокислению NO в NO2 . Всё количество пероксидного радикала, вынесенного из зоны горения в результате диффузионного процесса в предпламенную и послепламенную области, прореагирует с образованием NO2.
Критическая температура, ниже которой происходит образование NO2 в пламенах, равна 977 К. Резкое охлаждение продуктов сгорания имеет место в частности, в малых отопительных котлах. Время, необходимое для достижения частицей, находящейся во фронте пламени, наиболее удаленной экранной поверхности, невелико и составляет 0,10-0,12 с, что создает благоприятные условия для образования пероксидных радикалов и способствует образованию значительных количеств диоксида азота в продуктах сгорания топлива в отопительных котлах.
С уменьшением мощности котла содержание NO2 в продуктах сгорания возрастает, что объясняется рядом факторов, но прежде всего:
а) большим коэффициентом избытка воздуха;
б) более интенсивным охлаждением зоны горения.
Окисление оксида азота до диоксида является второй стадией производства азотной кислоты:
2NO + O2 = 2 NO2 +112,3 кДж
Ниже 150°С эта реакция практически полностью протекает в сторону образования диоксида азота. При более высокой температуре равновесие сдвигается в левую сторону, и выше 800°С окисление оксида азота в диоксид идет с уменьшением объема и выделением значительного количества теплоты. Следовательно, понижение температуры и повышение давления будут благоприятно влиять на равновесный выход диоксида азота. Скорость окисления NO в NO2 уменьшается с повышением температуры. Для объяснения этого явления предложено несколько гипотез. Одна из них, наиболее признанная, заключается в том, что окисление NO в NO2 через образование промежуточного продукта – димера оксида азота:
2NO = (NO2)2 – ΔH; O2 + (NO2)2 = 2NO2 – ΔH
Образование димера оксида азота – процесс обратимый, протекающий с выделением теплоты. Следовательно, повышение температуры вызовет смещение равновесия этой реакции
Нитрозные газы, полученные контактным окислением аммиака, содержат в основном окись азота, из которой при дальнейшем окислении получаются высшие окислы азота. Образование их протекает по следующим уравнениям:
2NO + O2 = 2NO2
NO + NO2 = N2O3
2NO2 = N2O4
С понижением температуры равновесие всех этих реакций смещается вправо. При низких температурах, наличии избытка кислорода и времени достаточном для установления равновесия, можно ожидать перехода всех окислов азота в четырехокись N2O4. При недостатке кислорода или при неустановившемся равновесии в нитрозных газах могут присутствовать одновременно все указанные окислы (NO, N2O3,NO2 и N2O4).
Материальный и тепловой баланс реактора
полного смешения
Реактор полного смешения
Материальный баланс в общем виде:
;
;
;
;
;
- характеристическое уравнение реактора полного смешения.
Для n-ого порядка: .
Если n = 0: ;
Если n = 1: .
Для обратимой реакции: .
Тепловой баланс
где - температура на входе в реактор;
- количество тепла,
- количество тепла, покинувшего реактор с продуктами;
- количество тепла,
Политермический режим.
Адиабатический режим: .
Изотермический режим: - уравнение изотермы.
Материальный баланс
Вещество |
|||||||||
NO |
|||||||||
O2 |
|||||||||
NO2 |
|||||||||
N2 |
|||||||||
сумма |