ZADANIE Kwas azotowy(V) otrzymuje się z tlenków azotu w

ZADANIE Kwas azotowy(V) otrzymuje się z tlenków azotu w

ZADANIE
Kwas azotowy(V) otrzymuje się z tlenków azotu w instalacji, której schemat przedstawiono
na rysunku. Do instalacji doprowadza się strumień gazów nitrozowych H zawierający tlenki
azotu NO i NO2, które w wyniku reakcji:
NO + 0,5 O2 = NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
H2O C
H
E
O2 D
N2
F
NO, NO2, O2,
N2
AS1
HNO3
H2O
NO L
NO2
NO
NO2
K
O2
N2
NO, NO2, O2, N2
AS2
B
HNO3, H2O
KB
M
powietrze
HNO3
A
H2O
w szeregowo połączonych absorberach AS1 i AS2 zostają całkowicie przetworzone w kwas
azotowy(V). Wartość stosunku molowego strumienia tlenków azotu (NO + NO 2) zawartych w
gazach (strumień K) opuszczających desorber KB do strumienia tlenków azotu (NO + NO2) w
strumieniu H
WK [NO  NO 2 ]
 0,04
WH [NO  NO 2 ]
Stopień
przetworzenia
x1 
tlenków
azotu
(1)
(NO+NO2)
w
WE [NO  NO2 ]  WF [NO  NO2 ]  WL [NO  NO2 ]
WE [NO  NO2 ]
HNO3
w
absorberze
[mol/mol]
AS1:
(2)
Udział masowy kwasu azotowego w strumieniu A odprowadzanym z instalacji:
a=
GA [HNO 3 ]
63WA [HNO 3 ]
[g/g]

GA [HNO 3 ]  GA [H2O] 63WA [HNO 3 ]  18WA [H2O]
(3)
Udział masowy kwasu azotowego w strumieniu B wprowadzanym do absorbera AS1:
b
63WB [HNO 3 ]
GB [HNO 3 ]
[g/g]

GB [HNO 3 ]  GB [H2O] 63WB [HNO 3 ]  18WB [H2O]
(4)
Przyjmując, że stopień przetworzenia tlenków azotu (NO+NO2) w kwas azotowy(V) w
absorberze AS1 x1 = 0,6 wyznaczyć zależność a = a(b) między udziałem masowym HNO3 w
strumieniu A odprowadzanym z instalacji i udziałem masowym HNO 3 w strumieniu B
wprowadzanym do absorbera AS1.
Za podstawę obliczeń należy przyjąć W A [HNO3] = 100 kmol/h.
Masa molowa [kg/kmol]:
HNO3 – 63, H2O - 18
ROZWIĄZANIE
Strumień tlenków azotu W E[NO+NO2] wprowadzanych do absorbera AS1 powstaje przez
połączenie strumieni H i K:
WE[NO+NO2] = WH[NO+NO2]+ WK[NO+NO2]
Ponieważ tlenki azotu wprowadzone do instalacji w strumieniu H zostają całkowicie
przetworzone w kwas azotowy(V)
WH[NO+NO2] = WA[HNO3] = 100 kmol/h
Natężenie przepływu tlenków azotu w strumieniu K, W K[NO+NO2] wynika z (1):
WK[NO+NO2] = W H[NO+NO2]·0,04 = 4 kmol/h czyli:
WE[NO+NO2] = 104 kmol/h
Natężenie strumienia tlenków azotu W F[NO+NO2] odprowadzanych z absorbera AS1 wynika
WF[NO+NO2] = 104.(1 – 0,6) - 4 = 37,6 kmol/h
z (2). Dla x1 = 0.6.
W absorberze AS2 cały strumień tlenków azotu W F[NO+NO2] zostaje przetworzony w kwas
azotowy, który w postaci strumienia B przepływa do absorbera AS1:
WB[HNO3] = WF[NO+NO2] = 37,6 kmol/h
Ze schematu instalacji wynika, że w desorberze KB tlenki azotu NO i NO2 desorbują
całkowicie. Zatem:
WL[HNO3] = WA[HNO3] =100 kmol/h
Przez podstawienie tej wartości strumienia W A[HNO3] do wzoru (3) otrzymuje się zależność:
a
G A [HNO 3 ]
100  63
=
G A [HNO 3 ]  G A [H2O] 100  63  W A [H2O]  18
Po przekształceniu:
WA [H2 O]  WL [H2 O] 
350(1- a)
a
Przez podstawienie wyniku (5) do wzoru (4) otrzymuje się zależność:
b
37,6·63
GB [HNO 3 ]
=
GB [HNO 3 ]  GB [H2O]
37,6·63  WB [H 2 O]  18
Po przekształcenie:
WB [H2O] =
131,6·(1 - b)
b
Pierwiastkowy bilans wodoru [H] w obszarze AS1 ma postać:
2W B [H2O] + W B [HNO3] = WA [HNO3] + 2W A [H2O]
Po podstawieniu:
2
131,6  (1 - b)
350  (1 - a)
 37,6  2
 100
b
a
Po przekształceniu: a 
b
0,376  0,53  b
(5)