При производстве серной кислоты повышенное давление используют на стадии
Серную кислоту получают из различных видов сырья: серный колчедан, сероводород, природная сера, отходящие газы металлургических производств.
В данном случае используется природная сера, она не содержит вредных для контактной массы примесей, что упрощает схему её переработки.
Установка производства серной кислоты под давлением достаточна компактна, процесс оформлен на основе двойного контактирования, причем схема контактного отделения не отличается от обычной схемы производства серной кислоты из серы с двойным контактом. Объем загружаемого катализатора в 3 раза меньше, чем в обычной контактной системе. Используемое тепло реакции полностью обеспечивает сернокислую установку энергией.
Установка на 10% более экономически обоснована, чем обычная сернокислая установка с санитарной очисткой отходящих газов.
Химическая cхема производства:
Описание Технологии.
Расплавленная сера подается с потоком воздуха в печь 2, где сжигается до оксида серы. Сернистый газ охлаждается в котле утилизаторе 3 и направляется в контактный аппарат, где на катализаторе осуществляется окисление SO2 в SO3 методом двойного контактирования с промежуточной абсорбцией SO3 в абсорбере 6.
Трехслойный контактный аппарат 4 составляет первую ступень прохождения каждого из трех первых слоев катализатора охлаждается в теплообменниках 8. Газ после 1-ой ступени освобождается от SO3 в абсорбере 6. Контактный аппарат 5 представляет собой 2-ю ступень контактирования — в нем происходит дополнительное окисление не прореагировавшего SO2. После дополнительного окисления газовая смесь охлаждается в экономайзере 13 и поступает в абсорбер.
Сушка атмосферного воздуха, нагнетаемого компрессором 10, производится в сушильной башне 1, орошаемой концентрированной серной кислотой. После абсорбера 7 газ подогревается в теплообменнике 8, после чего направляется на газовую турбину 12 и затем в экономайзер 13. Продукция в виде олеума и моногидрата отбирается из абсорберов 6 и 7.
Аналитическое выражение для расчета степени превращения SO2.
Контактный аппарат состоит из двух ступеней, причем:
xl = 0,93;
xll = 0,991.
Материальный баланс производства серной кислоты по известной производительности установки, с учетом рассчитанной степени превращения SO2. То есть: GH2SO4 = 41666,66 кг/ч.
В печи сера сжигается полностью, поэтому NS = NSO2.
GS = 13603,033 кг/ч.
После печи добавление воздуха не производится, поэтому концентрация кислорода на выходе из печи:
сО2 = 0,21 — сSO2 = 0,21 — 0,113 = 0,097
Тут: N2 = 0,79.
На полное окисление S необходимо NO2 = 425,094 кмоль/ч.
Мольные потоки газов перед 1 ступенью контактного аппарата:
NSO2 = 425,094 кмоль/ч;
NO2=364,903кмоль/ч;
NN2=2971,89 кмоль/ч.
В контактном аппарате протекает реакция:
После I ступени окисления:
Рассмотрим материальный баланс Й ступени окисления SO2:
После II ступени окисления:
Найдем содержание SO3 и H2O в олеуме и кислотах с концентрацией 91% и 98.2%:
Олеумный абсорбер. В олеуме содержится 7% свободного SO3. Соотношение кислота/олеум. То есть: 7:1.
Gкислота = 36458,3275 кг/ч.
Gолеум = 5208,3325 кг/ч.
Составим материальный баланс по этому узлу:
G14 = 94624,80 кг/ч — массовый поток олеума из сборника в сушильную башню и абсорбер.
G12 = 68625,3713 кг/ч — массовый поток серной кислоты из сушильной башни.
химический сера кислота
G24 = 25807,6349 — массовый поток олеума из олеумного абсорбера.
G22 = 10496,5355 — массовый поток кислоты из сушильной башни.
Рассчитаем материальный баланс:
Т. е., получаем: 8552,1284 кг/ч, т. к.:
Список использованной литературы
- 1. Бесков, В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / В.С. Бесков, В.С. Сафронов — М.: Химия, 1999. — 427 с.
- 2. Амелин, А.Г. Технология серной кислоты / А.Г. Амелин, Е.В. Яшке — М.: Химия, 1980. — 245 с.
- 3. Практические работы в химической технологии: методическое пособие / В.С. Бесков и др. — М.: РХТУ. Издат. центр, 2009. — 40 с.
Источник
“Едва ли найдется другое, искусственно добываемое вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота.
Где нет заводов для ее добывания — немыслимо выгодное производство многих других веществ, имеющих важное технические значение”
Д.И. Менделеев
Серная кислота применяется в разнообразных производствах химической промышленности:
- минеральных удобрений, пластмасс, красителей, искусственных волокон, минеральных кислот, моющих средств;
- в нефтяной и нефтехимической промышленности:
для очистки нефти, получения парафинов;
- в цветной металлургии:
для получения цветных металлов — цинка, меди, никеля и др.
- в черной металлургии:
для травления металлов;
- в целлюлозно-бумажной, пищевой и легкой промышленности (для получения крахмала, патоки, отбеливания тканей) и т.д.
Производство серной кислоты
Серную кислоту в
промышленности производят двумя способами: контактным и нитрозным.
Контактный способ
производства серной кислоты
Серную кислоту
контактным способом производят в больших количествах на сернокислотных заводах.
В настоящее
время основным методом производства серной кислоты является контактный, т.к.
этот метод имеет преимущества перед другими:
— получение продукта в виде чистой концентрированной кислоты, приемлемой для
всех потребителей;
— уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с выхлопными газами
I. Сырьё,
используемое для производства серной кислоты.
Основное сырьё
сера — S
серный колчедан (пирит) — FeS2
сульфиды цветных металлов — Cu2S, ZnS, PbS
сероводород – H2S
Вспомогательный
материал
катализатор —
оксид ванадия – V2O5
II.
Подготовка сырья.
Разберём
производство серной кислоты из пирита FeS2.
1) Измельчение
пирита. Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных
машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции
увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения
реагирующих веществ.
2) Очистка
пирита. После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и
земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны
с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу
удаляют.
III. Основные химические процессы:
4FeS2 + 11O2 t = 800°C→ 2Fe2O3 + 8SO2 + Q или сжигание серы S + O2 t°C→ SO2
2SO2 + O2400-500°С,V2O5,p↔2SO3
+ Q
SO3 + H2O → H2SO4 + Q
IV. Технологические принципы:
— принцип непрерывности;
— принцип комплексного использования
сырья, использование отходов другого
производства;
— принцип безотходного производства;
— принцип теплообмена;
— принцип противотока (“кипящий
слой”);
— принцип автоматизации и механизации
производственных процессов.
V. Технологические процессы:
Принцип
непрерывности: обжиг
пирита в печи →поступление оксида серы (IV) и кислорода в очистительную
систему →в контактный аппарат →подача оксида серы (VI) в поглотительную башню.
VI. Охрана окружающей среды:
1) герметичность трубопроводов и
аппаратуры
2) газоочистительные фильтры
VII. Химизм производства:
ПЕРВАЯ СТАДИЯ — обжиг
пирита в печи для обжига в «кипящем слое».
Для получения серной кислоты
используют, в основном, флотационный колчедан — отход
производства при обогащении медных руд, содержащих смеси сернистых соединений
меди и железа. Процесс обогащения этих руд происходит на Норильской и
Талнахской обогатительных фабриках, которые и являются основными поставщиками
сырья. Это сырье является более выгодным, т.к. серный колчедан добывают, в
основном, на Урале, и, естественно, доставка его может быть очень дорогостоящей. Возможно
использование серы, которая также образуется при обогащении руд цветных
металлов, добываемых на рудниках. Поставщиками серы являются также ТОФ и
НОФ. (обогатительные фабрики).
Уравнение
реакции первой стадии
4FeS2 + 11O2 t = 800°C→ 2Fe2O3 + 8SO2 +
Q
Измельчённый
очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в
«кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух,
обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в
печи для обжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в
«подвешенном состоянии» из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже
это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. В “кипящем слое” не слеживаются даже самые мелкие частицы пирита. Поэтому
процесс обжига происходит очень быстро. Если раньше для обжига пирита требовалось
5-6 часов, то теперь — всего несколько секунд. Притом, в “кипящем слое” можно поддерживать
температуру 800°С.
За счёт
выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи.
Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с
водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального
отопления рядом стоящих помещений.
Образовавшийся
оксид железа Fe2O3 (огарок) в производстве серной
кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический
комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с
углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в
сплаве).
Таким образом,
выполняется принцип химического
производства — безотходность производства.
Из печи выходит печной
газ, состав которого: SO2,
O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка
(оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых
частиц огарка и паров воды.
Очистка печного
газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа — в циклоне (используется
центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются
вниз). Для удаления мелких частиц смесь направляем в электрофильтры, где идет
очищение под действием тока высокого напряжения ~ 60000 В (используется
электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным
пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью
они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного
газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень
хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.
Осушку печного
газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, а сверху
вниз льётся концентрированная серная кислота. Для увеличения поверхности
соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольцами.
На выходе из
сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды.
Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и
кислорода О2.
ВТОРАЯ СТАДИЯ – каталитическое
окисление SO2 в SO3 кислородом в контактном аппарате.
Уравнение
реакции этой стадии:
2SO2 + O2 400-500°С,V2O5,p↔2SO3 + Q
Сложность второй
стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является
обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой
реакции (получения SO3).
Из уравнения следует,
что реакция обратимая, а, значит, на этой стадии необходимо поддерживать такие
условия, чтобы равновесие смещалось в сторону выхода SO3, иначе нарушится весь процесс. Т.к. реакция идет с уменьшением объема (3V↔2V), то необходимо повышенное давление. Повышают давление до 7-12
атмосфер. Реакция экзотермическая, поэтому, учитывая принцип Ле-Шателье, при
высокой температуре этот процесс вести нельзя, т.к. равновесие сдвинется влево.
Начинается реакция при температуре = 420 градусов, но благодаря многослойности
катализатора (5 слоев), мы можем ее повышать до 550 градусов, что значительно
ускоряет процесс. Катализатор используют
ванадиевый (V2O5). Он дешевый, долго служит (5-6 лет),
т.к. наиболее устойчив к действию ядовитых примесей. Кроме того, он
способствует сдвигу равновесия вправо.
Смесь (SO2 и
O2) нагревается в теплообменнике и движется по трубам, между
которыми в противоположном направлении проходит холодная смесь, которую надо
нагреть. В результате происходит теплообмен: исходные вещества
нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур.
ТРЕТЬЯ СТАДИЯ — поглощение
SO3 серной кислотой в
поглотительной башне.
А почему оксид
серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы
растворить в воде: SO3 + H2O →H2SO4. Но дело в том,
что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная
кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид
серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная
кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы
не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную
серную кислоту. Два процента воды — это так мало, что нагревание жидкости будет
слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте,
образуя олеум: H2SO4·nSO3.
Уравнение
реакции этого процесса:
nSO3 + H2SO4 → H2SO4·nSO3
Образовавшийся
олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом
заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
Использованы материалы:
https://festival.1september.ru/articles/419574/
Источник
Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû: êðàòêîå îïèñàíèå ïðîöåññà, ôóíêöèîíàëüíàÿ è îïåðàòîðíàÿ ñõåìà. Ýòàïû ñåðíîêèñëîãî ïðîèçâîäñòâà. Ïîëó÷åíèå îáæèãîâîãî ãàçà èç ñåðû. Êîíòàêòíîå îêèñëåíèå äèîêñèäà ñåðû. Ìàòåðèàëüíûé ðàñ÷åò, ïîêàçàòåëè.
Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.
Ðàçìåùåíî íà https://www.allbest.ru/
Ðîññèéñêèé õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà
Êàôåäðà îáùåé õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè
Êóðñîâàÿ ðàñ÷åòíàÿ ðàáîòà ïî òåìå:
«Ïðîèçâîäñòâî ñåðíîé êèñëîòû ïðè ïîâûøåííîì äàâëåíèè»
Ìîñêâà 2014
Çàäàíèå
Ñõåìà ôóíêöèîíèðóåò ïîä îáùèì äàâëåíèåì 0,6 ÌÏà.
Âîçäóõ ïîñëå ñóøèëüíîé áàøíè ïîñòóïàåò â êîíòàêòíûé àïïàðàò 4 ñ òåìïåðàòóðîé 30ºÑ. Ñòåïåíü ñãîðàíèÿ ñåðû ïðèíÿòà ðàâíîé 100%.
Ñòåïåíü ïðåâðàùåíèÿ äèîêñèäà ñåðû â êîíòàêòíûõ àïïàðàòàõ 4 è 5 ïî çàäàíèþ ñîñòàâëÿåò 0,96 è 0,98 ñîîòâåòñòâåííî.
 àáñîðáåðàõ 6 è 7 ïðîèñõîäèò ïîëíîå ïîãëîùåíèå ñåðíîãî àíãèäðèäà.
Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü 100%-îé ñåðíîé êèñëîòû: 1300 ò/ñóòêè.
Ìàññîâîå ñîîòíîøåíèå ñåðíàÿ êèñëîòà: îëåóì = 5:1.
Ñîäåðæàíèå ñâîáîäíîãîSO3 â îëåóìå: 6%.
Ïàðöèàëüíîå äàâëåíèå âîäÿíûõ ïàðîâ â âîçäóõå 3,2 ÊÏà.
Êîíöåíòðàöèÿ äèîêñèäà ñåðû íà âûõîäå èç ïå÷è 13,4% îá.
Êîíöåíòðàöèÿ îðîøàþùåé êèñëîòû â ñóøèëüíîé áàøíå 92,4% ìàññ.
Êîíöåíòðàöèÿ îðîøàþùåé êèñëîòû â ìîíîãèäðàòíîì àáñîðáåðå 98,7% ìàññ.
Çàäàíèå:
èñõîäÿ èç òåõíîëîãè÷åñêîé ñõåìû ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû, ñîñòàâèòü åå îïåðàòîðíóþ ñõåìó;
íàéòè àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ ðàñ÷åòà îáùåé ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ äèîêñèäà ñåðû ïî åå çíà÷åíèÿì äëÿ 1-îé è 2-îé ñòåïåíåé êîíòàêòèðîâàíèÿ;
ðàññ÷èòàòü ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ÕÒÑ ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû â öåëîì;
ñîñòàâèòü ìàòåðèàëüíûå áàëàíñû äëÿ 1-îé è 2-îé ñòóïåíåé êîíòàêòèðîâàíèÿ, äëÿ ýòîãî îïðåäåëèòü:
îáúåì è ñîñòàâ ãàçîâîé ñìåñè ïåðåä 1-îé ñòóïåíüþ;
îáúåì è ñîñòàâ ãàçîâîé ñìåñè íà âûõîäå èç íåå;
êîëè÷åñòâî è ñîñòàâ ãàçà ïîñëå 2-îé ñòóïåíè;
ñîñòàâèòü ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ñóøèëüíîé áàøíè, îïðåäåëèòü:
êîëè÷åñòâî ïàðîâ âîäû â âîçäóõå, ïîñòóïàþùåì íà ñóøêó;
ïîòîêè îëåóìà è êèñëîòû, ïîñòóïàþùèå èç àáñîðáåðîâ 6 è 7 â ñáîðíèê ñóøèëüíîé áàøíè;
êîëè÷åñòâî âîäû, íàïðàâëÿåìîé â ñáîðíèê êèñëîòû ñóøèëüíîé áàøíè äëÿ ðàçáàâëåíèÿ êèñëîòû äî çàäàííîé êîíöåíòðàöèè;
ïîòîêè êèñëîòû, ïîñòóïàþùåé â ñáîðíèêè àáñîðáåðîâ èç ñáîðíèêà ñóøèëüíîé áàøíè;
ñîñòàâèòü ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ àáñîðáöèîííîãî îòäåëåíèÿ. Äëÿ ýòîãî îïðåäåëèòü:
êîëè÷åñòâî ñåðíîãî àíãèäðèäà, ïîãëîùàåìîãî â àáñîðáåðàõ;
ïîòîêè îëåóìà è êèñëîòû, ïîñòóïàþùèå èç ñáîðíèêîâ àáñîðáåðîâ â ñáîðíèê ñóøèëüíîé áàøíè è èç ñáîðíèêà ñóøèëüíîé áàøíè â ñáîðíèêè àáñîðáåðîâ;
ðàññ÷èòàòü îáúåì è ñîñòàâ âûõëîïíûõ ãàçîâ.
Ââåäåíèå
Ñðåäè ìíîãèõ ñîòåí òûñÿ÷ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, èçâåñòíûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ, ñåðíîé êèñëîòå ïðèíàäëåæèò îñîáàÿ ðîëü.
Øèðîêèé ñïåêòð ïðèìåíåíèÿ ñåðíîé êèñëîòû, ïðåæäå âñåãî, îáóñëîâëåí åå ôèçè÷åñêèìè è õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Ñåðíàÿ êèñëîòà — áåñöâåòíàÿ åäêàÿ òÿæåëàÿ ìàñëîîáðàçíàÿ æèäêîñòü áåç çàïàõà, ñìåøèâàåòñÿ ñ âîäîé â ëþáûõ ñîîòíîøåíèÿõ. Ýòà êèñëîòà ãèãðîñêîïè÷íà, òî åñòü ñïîñîáíà ïîãëîùàòü âëàãó èç âîçäóõà. Ïðè îáû÷íîé òåìïåðàòóðå îíà íå ëåòó÷à è íå èìååò çàïàõà. Ñåðíàÿ êèñëîòà âçàèìîäåéñòâóåò ïî÷òè ñî âñåìè ìåòàëëàìè. Ñêîðîñòü ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ çàâèñèò îò ïðèðîäû ìåòàëëà, êîíöåíòðàöèè êèñëîòû è òåìïåðàòóðû.
Íà ïîãëîùåíèè âîäû ñåðíîé êèñëîòîé îñíîâàíà îñóøêà ãàçîâ.
Ñåðíóþ êèñëîòó âûïóñêàþò íåñêîëüêèõ ñîðòîâ, â çàâèñèìîñòè îò òîãî, äëÿ ïðîèçâîäñòâà êàêîãî ïðîäóêòà îíà òðåáóåòñÿ. Íàïðèìåð, äëÿ ïðîèçâîäñòâà ìåäèöèíñêèõ ïðåïàðàòîâ, îñîáî ÷èñòûõ ðåàêòèâîâ, äëÿ çàëèâêè àêêóìóëÿòîðîâ òðåáóåòñÿ ÷èñòàÿ êèñëîòà.  äðóãèõ ñëó÷àÿõ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïîäîéäåò ìåíåå ÷èñòàÿ ñåðíàÿ êèñëîòà, òàê íàçûâàåìîå êóïîðîñíîå ìàñëî. Ñåðíîêèñëîòíàÿ ïðîìûøëåííîñòü âûïóñêàåò îëåóì, èñïîëüçóåìûé ïðè ïðîèçâîäñòâå íåêîòîðûõ îðãàíè÷åñêèõ ïðåïàðàòîâ è âçðûâ÷àòûõ âåùåñòâ. Îëåóì ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàñòâîð ñåðíîãî àíãèäðèäà â ñåðíîé êèñëîòå.
 ñîâðåìåííîì ìèðå ìíîãèå îòðàñëè ïðîìûøëåííîñòè òàêèå êàê, ìåòàëëóðãèÿ, íåôòÿíàÿ ïðîìûøëåííîñòü, ïðîèçâîäñòâî óäîáðåíèé, ìèêðîýëåêòðîííîå ïðîèçâîäñòâî, òîíêèå õèìè÷åñêèå òåõíîëîãèè — íåìûñëèìû áåç ïðèìåíåíèÿ ñåðíîé êèñëîòû.
Íàïðèìåð, áîëüøîå êîëè÷åñòâî ñåðíîé êèñëîòû èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ôîñôîðíûõ è àçîòíûõ óäîáðåíèé.  ìåòàëëóðãèè ñåðíóþ êèñëîòó ïðèìåíÿþò äëÿ îáíàðóæåíèÿ ìèêðîòðåùèí â ãîòîâîé ïðîäóêöèè, à òàêæå ñåðíóþ êèñëîòó èñïîëüçóþò â öåõàõ ãàëüâàíîïîêðûòèé. Òàêæå ñåðíàÿ êèñëîòà íåîáõîäèìà äëÿ ïåðåðàáîòêè ðàçëè÷íûõ ðóä è èñêîïàåìûõ. Áîëüøîå êîëè÷åñòâî ñåðíîé êèñëîòû òðåáóåòñÿ íåôòåïåðåðàáàòûâàþùåé ïðîìûøëåííîñòè äëÿ î÷èñòêè íåôòè è åå ðàçëè÷íûõ ôðàêöèé.  îðãàíè÷åñêîì ñèíòåçå êîíöåíòðèðîâàííàÿ ñåðíàÿ êèñëîòà — íåîáõîäèìûé êîìïîíåíò ïðè ïîëó÷åíèè ìíîãèõ êðàñèòåëåé è ëåêàðñòâ.
1. Òåîðåòè÷åñêàÿ ÷àñòü
1.1 Ïðîèçâîäñòâî ñåðíîé êèñëîòû
Ñûðüåâàÿ áàçà ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû — ýòî ñåðîñîäåðæàùèå ñîåäèíåíèÿ, èç êîòîðûõ ñ ïîìîùüþ îáæèãà ìîæíî ïîëó÷èòü äèîêñèä ñåðû.  ïðîìûøëåííîñòè îêîëî 80% ñåðíîé êèñëîòû ïîëó÷àþò èç ïðèðîäíîé ñåðû è æåëåçíîãî êîë÷åäàíà. Èíîãäà â êà÷åñòâå ñûðüÿ èñïîëüçóþò îòõîäÿùèå ãàçû öâåòíîé ìåòàëëóðãèè, ïîëó÷àåìûå ïðè îáæèãå ñóëüôèäîâ öâåòíûõ ìåòàëëîâ è ñîäåðæàùèå äèîêñèä ñåðû, à â íåêîòîðûõ ïðîèçâîäñòâàõ ïðèìåíÿþò ñåðîâîäîðîä, îáðàçóåìûé ïðè ñåðîî÷èñòêå â íåôòåïåðåðàáîòêå. Ïðè ïîëó÷åíèè ñåðíîé êèñëîòû èç îòõîäÿùèõ ãàçîâ ñòàäèÿ îáæèãà âõîäèò â ñîñòàâ äðóãîãî ïðîèçâîäñòâà.
Õèìè÷åñêàÿ ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû èç ñåðû âêëþ÷àåò ñëåäóþùèå ñòàäèè:
S + O2 =>SO2 + Qð (1)
SO2+ 1/2 O2<=> SOç + Qð (2)
SOç + H2O<=>H2SO4 + Qð (3)
Ìèíåðàëüíîå ñûðüå ñîäåðæèò ïðèìåñè, ïîýòîìó ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà âêëþ÷àåò åùå ñòàäèþ î÷èñòêè ãàçà ïîñëå åãî îáæèãà. Ñåðà — ëåãêîïëàâêîå âåùåñòâî ñ òåìïåðàòóðîé ïëàâëåíèÿ 386 Ê. Ïåðåä ñæèãàíèåì åå ðàñïëàâëÿþò, èñïîëüçóÿ ïàð, ïîëó÷àåìûé ïðè óòèëèçàöèè òåïëîòû ãîðåíèÿ. Ðàñïëàâëåííàÿ ñåðà îòñòàèâàåòñÿ è ôèëüòðóåòñÿ äëÿ óäàëåíèÿ èìåþùèõñÿ â ïðèðîäíîì ñûðüå ïðèìåñåé, çàòåì íàñîñîì ïîäàåòñÿ â ïå÷ü ñæèãàíèÿ.
Ïðè ãîðåíèè ñåðû ïî ðåàêöèè 1 ÷àñòü êèñëîðîäà ýêâèìîëÿðíî ïåðåõîäèò â äèîêñèä ñåðû, ïîýòîìó ñóììàðíàÿ êîíöåíòðàöèÿ Î2 è SO2ïîñòîÿííà è ðàâíà êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà Ñî â èñõîäíîì ãàçå (à+b = Ñî), òàê ÷òî ïðè ñæèãàíèè ñåðû â âîçäóõå:
b = 0,21 — a.
Îïèñàíèå òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, ôóíêöèîíàëüíàÿ è îïåðàòîðíàÿ ñõåìû.
ñåðíûé êèñëîòà äèîêñèä ïðîèçâîäñòâî
Ðèñ. 1 — Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû ïðè ïîâûøåííîì äàâëåíèè
Ðàñïðàâëåííàÿ ñåðà ïîäàåòñÿ ñ ïîòîêîì âîçäóõà â ïå÷ü 2 , ãäå ñæèãàåòñÿ äî äèîêñèäà ñåðû.
Ñåðíèñòûé ãàç îõëàæäàåòñÿ â êîòëå-óòèëèçàòîðå 3 è íàïðàâëÿåòñÿ â êîíòàêòíûé àïïàðàò 4, ãäå íà êàòàëèçàòîðå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîöåññ îêèñëåíèÿ SO2 â SO3 ìåòîäîì äâîéíîãî êîíòàêòèðîâàíèÿ ñ ïðîìåæóòî÷íîé àáñîðáöèåé SO3 â àáñîðáåðå 6.
Òðåõñëîéíûé êîíòàêòíûé àïïàðàò 4 ñîñòàâëÿåò ïåðâóþ ñòóïåíü êîíòàêòèðîâàíèÿ. Íàãðåòûé çà ñ÷åò õèìè÷åñêîé ðåàêöèè ãàç ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ êàæäîãî èç òðåõ ñëîåâ êàòàëèçàòîðà îõëàæäàåòñÿ â òåïëîîáìåííèêå 8.
Ãàç ïîñëå ïåðâîé ñòóïåíè îñâîáîæäàåòñÿ îò SO3 â àáñîðáåðå 6.
Êîíòàêòíûé àïïàðàò 5 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âòîðóþ ñòóïåíü êîíòàêòèðîâàíèÿ — â íåé ïðîèñõîäèò äîîêèñëåíèå íåïðîðåàãèðîâàâøåãî SO2.
Ïîñëå äîîêèñëåíèÿ ãàçîâàÿ ñìåñü îõëàæäàåòñÿ â ýêîíîìàéçåðå 13 è ïîñòóïàåò â ìîíîãèäðàòíûé àáñîðáåð 7.
Ñóøêà àòìîñôåðíîãî âîçäóõà íàãíåòàåìîãî êîìïðåññîðîì 10 ïðîèçâîäèòñÿ â ñóøèëüíîé áàøíå 1 îðîøàåìîé êîíöåíòðèðîâàííîé ñåðíîé êèñëîòîé.
Ïîñëå àáñîðáåðà 7 ãàç ïîäîãðåâàåòñÿ â òåïëîîáìåííèêå 8, ïîñëå ÷åãî îòïðàâëÿåòñÿ íà ãàçîâóþ òóðáèíó 12 è çàòåì â ýêîíîìàéçåð 13.
Ïðîäóêöèÿ â âèäå îëåóìà è ìîíîãèäðàòà îòáèðàåòñÿ èç àáñîðáåðîâ 6 è 7.
Ðèñ. 2 — Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû ïðè ïîâûøåííîì äàâëåíèè: 1 — ñóøèëüíàÿ áàøíÿ; 2 — ïå÷ü äëÿ ñæèãàíèÿ ñåðû; 3- êîòåë-óòèëèçàòîð; 4,6,8,15 — êîíòàêòíûé àïïàðàò; 5,7,9,10 — òåïëîîáìåííèêè; 11 — îëåóìíûé àáñîðáåð; 12 — êîìïðåññîð; 9,13,20 — ñáîðíèêè; 14 — ïàðîâàÿ òóðáèíà; 16,19 — ýêîíîìàéçåðû; 17 — ìîíîãèäðàòíûé àáñîðáåð; 18 — ãàçîâàÿ òóðáèíà
Ðèñ. 3 — Îïåðàòîðíàÿ ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè:1 — ñóøèëüíàÿ áàøíÿ; 2 — ïå÷ü äëÿ ñæèãàíèÿ ñåðû; 3- êîòåë-óòèëèçàòîð; 4,6,8,15 — êîíòàêòíûé àïïàðàò; 5,7,9,10 — òåïëîîáìåííèêè; 11 — îëåóìíûé àáñîðáåð; 12 — êîìïðåññîð; 9,13,20 — ñáîðíèêè; 14 — ïàðîâàÿ òóðáèíà; 16,19 — ýêîíîìàéçåðû; 17 — ìîíîãèäðàòíûé àáñîðáåð; 18 — ãàçîâàÿ òóðáèíà
Îñíîâíûå ýòàïû ñåðíîêèñëîãî ïðîèçâîäñòâà.
Ïðîöåññ ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû èç ýëåìåíòàðíîé ñåðû ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ îñíîâíûõ ýòàïîâ:
1. Ïîäãîòîâêà ñûðüÿ: î÷èñòêà è ïëàâëåíèå ñåðû; î÷èñòêà, ñóøêà è äîçèðîâêà âîçäóõà;
2. Ñæèãàíèå ñåðû:
S + O2 = SO2 (1).
Ïðîöåññ âåäóò ñ èçáûòêîì âîçäóõà. Âûäåëÿåòñÿ î÷åíü áîëüøîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû ÄÍ = -362,4 êÄæ/ìîëü
3. Êîíòàêòíîå îêèñëåíèå SO2 â SO3:
SO2+ 0,5O2 = SO3 (2).
íà âàíàäèåâîì êàòàëèçàòîðå ïðè òåìïåðàòóðå 420-550?C, òåïëîâîé ýôôåêò ðåàêöèè ïðè 500?C ñîñòàâëÿåò 94,23 êÄæ/ìîëü;
4. Àáñîðáöèÿ SO3:
SO3 + H2O = H2SO4 (3).
Àáñîðáöèîííàÿ êîëîííà îðîøàåòñÿ 98,6% H2SO4. Ïåðåä îòïðàâêîé íà ñêëàä êèñëîòà ðàçáàâëÿåòñÿ äî ~ 93%
2. Ðàñ÷åòíàÿ ÷àñòü
2.1 Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ïðîöåññà
Âîçäóõ (N2,O2)
Ðèñ. 4
Ðàñ÷åò ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñåðíîé êèñëîòû (êìîëü/÷).
Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî 100% ñåðíîé êèñëîòå — 1300 ò/ñóòêè.
Òîãäà:
Ï(ò/ñóòêè)=Ï*1000/(êîë-âî ÷àñîâ â ñóòêè)=Ï(êã/÷).
Ï (ñ.ê.) = 1 300 000 / 24 = 54 166,667 êã/÷.
Ï (ñ.ê.) (êìîëü/÷) =( Ï (ñ.ê.) êã / ÷ ) / (Ì (ñ.ê.) êã / êìîëü).
Ì (ñ.ê.) = 2 + 32 + 64 = 98 êã / êìîëü.
Ï (ñ.ê.) = 54 166,667/98 = 552,721 êìîëü /÷.
Ðàññ÷èòàåì êîëè÷åñòâî ïîëó÷èâøåãîñÿ îëåóìà:
ãäå n — ìàññîâîå ñîîòíîøåíèå êèñëîòû è îëåóìà
Íà îñíîâàíèè ýòèõ äàííûõ, à òàêæå çíàÿ ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ è àáñîðáöèè ìû ìîæåì ðàññ÷èòàòü êîëè÷åñòâî ñåðû, íåîáõîäèìîå äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðîäóêòîâ. Ïðèìåì, ÷òî âñÿ ñåðà ñãîðàåò ïîëíîñòüþ:
Ïî ðåàêöèÿì, ïðîõîäÿùèì, âèäèì, ÷òî ñòåõèîìåòðè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ îäèíàêîâû è ðàâíû åäèíèöå:
S + O2 = SO2
SO2 + O2 = SO3
SO3 + H2O = H2SO4
Ñîñòàâèì óðàâíåíèå, ãäå x — ýòî êîë-âî ñåðû (ñåðíèñòîãî ãàçà, òàê êàê îêèñëåíèå ñåðû äî äèîêñèäà ïðîèñõîäèò 100%).:
Ïîñëå 1îé ñòóïåíè îêèñëåíèÿ ïîòîê:
Ïîñëå àáñîðáöèè â îëåóìíîì àáñîðáåðå:
Ïîñëå 2îé ñòóïåíè îêèñëåíèÿ:
Ïîñëå àáñîðáöèè â ìîíîãèäðàòíîì àáñîðáåðå:
Îáùåå àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ ðàñ÷åòà îáùåé ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ ñåðíèñòîãî ãàçà:
Íàéä¸ì êîëè÷åñòâî ñåðû, çàòðà÷åííîå íà îáðàçîâàíèå îëåóìà è ñåðíîé êèñëîòû. Îëåóì ñîñòîèò èç SO3 è ñåðíîé êèñëîòû. Ñîäåðæàíèå SO3â îëåóìå 6%:
Êîëè÷åñòâî ñåðû, çàòðà÷åííîå íà îáðàçîâàíèå òîâàðíîé êèñëîòû:
Îáùåå êîëè÷åñòâî ñåðû, çàòðà÷åííîå íà îáðàçîâàíèå òîâàðíûõ ïðîäóêòîâ:
Äîëÿ ñåðû, ïîòåðÿííàÿ â îòõîäÿùèõ ãàçàõ:
Çíàÿ êîëè÷åñòâî ñåðû, ðàññ÷èòàåì êîëè÷åñòâî âîçäóõà, íåîáõîäèìîå äëÿ å¸ ñæèãàíèÿ. Ïî óðàâíåíèþ ðåàêöèè îêèñëåíèÿ íàéä¸ì êîëè÷åñòâî çàòðà÷åííîãî êèñëîðîäà:
S + O2 = SO2
Êîíöåíòðàöèþ êèñëîðîäà â ñåðíèñòîì ãàçå ìîæíî íàéòè ïî óðàâíåíèþ:
Êîëè÷åñòâî êèñëîðîäà, îñòàâøåãîñÿ ïîñëå ðåàêöèè:
Îïðåäåëèì ïîòîê ñóõîãî âîçäóõà.
Äëÿ ýòîãî ñîñòàâèì ïðîïîðöèþ:
Îïðåäåëèì êîëè÷åñòâî âîäû â âîçäóõå äî îñóøêè.
Êîëè÷åñòâî âëàæíîãî âîçäóõà:
×àñòü ïîñòóïèâøåãî êèñëîðîäà òàêæå óéä¸ò íà îêèñëåíèå äèîêñèäà ñåðû â òðèîêñèä ñåðû. Ðàññ÷èòàåì ýòî êîëè÷åñòâî îñòàâøåãîñÿ êèñëîðîäà ïîñëå 1-îé ñòóïåíè îêèñëåíèÿ ñ ó÷¸òîì ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ äèîêñèäà ñåðû:
SO2 + O2 = SO3
Ðàññ÷èòàåì êèñëîðîä, îñòàâøèéñÿ ïîñëå 2îé ñòóïåíè îêèñëåíèÿ. Äëÿ ýòîãî ðàññ÷èòàåì êîëè÷åñòâî äèîêñèäà ñåðû, èäóùåãî íà ýòó ñòàäèþ:
Êîë-âî àçîòà íå ìåíÿåòñÿ â õîäå ðåàêöèè.
Íàéä¸ì êîëè÷åñòâî âîäû, ïîñòóïàþùåé â ñèñòåìó èç êðàíà, äëÿ ýòîãî ñëîæèì ïîñòóïàþùèå ïîòîêè è âû÷òåì èñõîäÿùèå:
 îòõîäÿùèå ãàçû âõîäÿò íåïðîðåàãèðîâàâøèå äèîêñèä ñåðû, êèñëîðîä è àçîò.
Ïîñòîèì ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ÕÒÑ ïðîèçâîäñòâà ñåðíîé êèñëîòû â öåëîìíà îñíîâå ðàññ÷èòàííûõ äàííûõ:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ.% | êóá.ì/÷ | îá.% | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ.% | êóá.ì/÷ | îá.% |
Ñåðà | 21336,5 | Îòõîäÿùèå ãàçû | 111541,8 | 100 | 89074,0 | 100 | |||
Âîçäóøíàÿ ñìåñü | 146993,544 | 100 | 115801,4 | 100 | Êèñëîðîä | 1441,574 | 1,29 | 1009,0 | 1,133 |
Êèñëîðîä | 33437,824 | 22,75 | 23406,0 | 20,21 | Àçîò | 110066,152 | 98,86 | 88052,992 | 98,85 |
Àçîò | 110066,152 | 74,88 | 88052,992 | 76,04 | Ñåðíèñòûé ãàç | 34,112 | 0,03 | 11,94 | 0,013 |
Âîäà | 3489,569 | 2,37 | 4342,42 | 3,75 | |||||
Âîäà èç êðàíà | 9067,937 | Îëåóì | 10976,0 | ||||||
Ñåðíàÿ êèñëîòà 98,6% | 54880,108 | ||||||||
Èòîãî | 177397,9 | 100 | 115801,4 | 100 | Èòîãî | 177397,9 | 100 | 89074,0 | 100 |
Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ äëÿ ïå÷è ñæèãàíèÿ ñåðû.
Ðèñ. 5
Ïî óñëîâèÿì çàäàíèÿ ñåðà ñãîðàåò ïîëíîñòüþ (100%).
S + O2 = SO2
Òàêæå ó÷ò¸ì ðàíåå âû÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ äëÿ êèñëîðîäà è àçîòà:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. |
Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 164840,5 | 1 | 111460,2 | 1 | |||||
Ñåðà | 21336,5 | 1 | 111459,0 | 1 | Ñåðíèñòûé ãàç | 42673,0 | 0,2589 | 14936,462 | 0,134 |
Âîçäóõ | 143503,975 | 0,233 | 23406,0 | 0,21 | Êèñëîðîä | 12101,312 | 0,0734 | 8470,749 | 0,076 |
Êèñëîðîä | 33437,824 | 0,767 | 88052,992 | 0,79 | Àçîò | 110066,152 | 0,6677 | 88052,992 | 0,79 |
Àçîò | 110066,152 | ||||||||
Èòîãî | 164840,5 | 1 | 111459,0 | 1 | Èòîãî | 164840,5 | 1 | 111460,2 | 1 |
Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ äëÿ 1-îé ñòóïåíè îêèñëåíèÿ (ñòåïåíü ïðåâðàùåíèÿ ñåðíèñòîãî ãàçà 0,96).
Ðèñ. 6
SO2 + O2 > SO3
Âñòóïèëî â ðåàêöèþ:
Íàéäåì ìàññîâûå ïîòîêè:
Îñòàëîñü ïîñëå ðåàêöèè:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. |
Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 164840,5 | 1 | 111460,203 | 1 | Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 164840,5 | 1 | 104290,5 | 1 |
Ñåðíèñòûé ãàç | 42673,0 | 0,2589 | 14936,462 | 0,134 | Ñåðíèñòûé ãàç | 1706,921 | 0,0104 | 597,458 | 0,0057 |
Êèñëîðîä | 12101,312 | 0,0734 | 8470,749 | 0,076 | Òðèîêñèä ñåðû | 51207,632 | 0,3106 | 14338,252 | 0,1375 |
Àçîò | 110066,152 | 0,6677 | 88052,992 | 0,79 | Àçîò | 110066,152 | 0,6677 | 88052,992 | 0,8443 |
Êèñëîðîä | 1859,776 | 0,0113 | 1301,817 | 0,0125 | |||||
Èòîãî | 164840,5 | 1 | 111460,203 | 1 | Èòîãî | 164840,5 | 1 | 104290,5 | 1 |
Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ äëÿ 2-îé ñòóïåíè îêèñëåíèÿ, (õ = 0,98).
SO2 + O2 > SO3
Ðèñ. 7
Îáðàçóåòñÿ:
Âñåãî:
Âñòóïèëî â ðåàêöèþ:
Îñòàëîñü ïîñëå ðåàêöèè:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. |
Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 113632,8 | 1 | 89952,3 | 1 | Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 113632,8 | 1 | 89659,5 | 1 |
Ñåðíèñòûé ãàç | 1706,921 | 0,015 | 597,458 | 0,0066 | Ñåðíèñòûé ãàç | 34,112 | 0,0003 | 11,94 | 0,0001 |
Òðèîêñèä ñåðû | Òðèîêñèä ñåðû | 2091,0 | 0,0184 | 585,496 | 0,0065 | ||||
Àçîò | 110066,152 | 0,9686 | 88052,992 | 0,9789 | Àçîò | 110066,152 | 0,9686 | 88052,992 | 0,9821 |
Êèñëîðîä | 1859,776 | 0,0164 | 1301,817 | 0,0145 | Êèñëîðîä | 1441,568 | 0,0127 | 1009,08 | 0,0113 |
Èòîãî | 113632,8 | 1 | 1 | Èòîãî | 113632,8 | 1 | 89659,5 | 1 |
2.2 Ðàñ÷åò ñóøèëüíîé áàøíè
Äëÿ ðàñ÷åòà ñóøèëüíîé áàøíè íàì íåîáõîäèìî çíàòü âñå ïîòîêè âõîäÿùèå è âûõîäÿùèå èç íåå.
Ðèñ. 8
Êîëè÷åñòâî âëàæíîãî âîçäóõà (èç ðàñ÷åòîâ â ñàìîì íà÷àëå ðàáîòû):
Âõîäÿùèå ïîòîêè: âëàæíûé âîçäóõ, âîäà èç êðàíà, îëåóì èç îëåóìíîãî àáñîðáåðà.
Âûõîäÿùèå ïîòîêè: ñóõîé âîçäóõ, 92,4%-àÿ ñåðíàÿ êèñëîòà.
Òàêèì îáðàçîì, îáîçíà÷èâ ìàññîâûé ïîòîê îëåóìà çà «õ», à ìàññîâûé ïîòîê 92,4%-îé êèñëîòû — «ó», ìîæíî ñîñòàâèòü ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ïî âîäåè ïî «ñâÿçàííîìó» òðèîêñèäó ñåðû (ÒÑ):
Òàêèì îáðàçîì:
Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ áóäåò âûãëÿäåòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. |
Âëàæíûé âîçäóõ | 146993,544 | 1 | 115801,4 | 1 | Ñóõîé âîçäóõ | 143503,975 | 1 | 111459,0 | 1 |
Âîäà | 3489,569 | 0,0237 | 4342,42 | 0,0375 | Êèñëîðîä | 33437,824 | 0,233 | 23406,0 | 0,21 |
Àçîò | 110066,152 | 0,7488 | 88052,992 | 0,7604 | Àçîò | 110066,152 | 0,767 | 88052,992 | 0,79 |
Êèñëîðîä | 33437,824 | 0,2275 | 23406,0 | 0,2021 | |||||
92,4 % ñåðíàÿ ê-òà | 142326,941 | ||||||||
Âîäà | 9067,937 | ||||||||
Îëåóì | 129773,705 | ||||||||
Èòîãî | 285835,2 | 1 | 115801,4 | 1 | Èòîãî | 285831,0 | 1 | 111459,0 | 1 |
2.3 Ðàñ÷åò îëóåìíîãî àáñîðáåðà
Ðèñ. 9
Äëÿ ðàñ÷åòà îëåóìíîãî àáñîðáåðà (ÎÀ) íåîáõîäèìî çíàòü âñå ïîòîêè âõîäÿùèå è âûõîäÿùèå èç íåãî. Âõîäÿùèìè ïîòîêàìè áóäóò ÿâëÿòüñÿ: ïîãëîùåííûé òðèîêñèä ñåðû è ïîñòóïàþùàÿ èç ñóøèëüíîé áàøíè 92,4%-àÿ êèñëîòà, à âûõîäÿùèìè — îëåóì ñ 6% ñâîáîäíîãî òðèîêñèäà ñåðû.
Òàêèì îáðàçîì, îáîçíà÷èâ ìàññîâûé ïîòîê îëåóìà çà «ó», à ìàññîâûé ïîòîê 92,4%-îé êèñëîòû — «õ», ìîæíî ñîñòàâèòü ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ïî âîäåè ïî «ñâÿçàííîìó» òðèîêñèäó ñåðû (ÒÑ):
Òàêèì îáðàçîì:
Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ áóäåò âûãëÿäåòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. |
Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 164840,5 | 1 | 104290,5 | 1 | Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 113632,849 | 1 | 89952,3 | 1 |
Ñåðíèñòûé ãàç | 1706,921 | 0,104 | 597,458 | Ñåðíèñòûé ãàç | 1706,921 | 597,458 | 0,0066 | ||
Òðèîêñèä óãëåðîäà | 51207,632 | 0,3106 | 14338,252 | Òðèîêñèä ñåðû | |||||
Àçîò | 110066,152 | 0,6677 | 88052,992 | Àçîò | 110066,152 | 88052,992 | 0,9789 | ||
Êèñëîðîä | 1859,776 | 0,0113 | 1301,817 | Êèñëîðîä | 1859,776 | 1301,817 | 0,0145 | ||
93% ÑÊ | 121150,604 | Îëåóì | 161382,214 | ||||||
Îëåóì (ïðîäóêò) | 10976,022 | ||||||||
Èòîãî | 285991,1 | 1 | 104290,5 | 1 | Èòîãî | 285991,1 | 1 | 89952,3 | 1 |
2.4 Ðàñ÷åò ìîíîãèäðàòíîãî àáñîðáåðà
Ðèñ. 10
Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ äëÿ ÌÀ áóäåò âûãëÿäåòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Ïðèõîä | Ðàñõîä | ||||||||
Ñòàòüÿ ïðèõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. | Ñòàòüÿ ðàñõîäà | êã/÷ | ìàññ. | ì3/÷àñ | îá. |
Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 113632,872 | 1 | 89659,5 | 1 | Ðåàêöèîííàÿ ñìåñü | 111541,83 | 1 | 89074,0 | 1 |
Ñåðíèñòûé ãàç | 34,112 | 0,0003 | 11,94 | 0,0001 | Ñåðíèñòûé ãàç | 34,112 | 0,0003 | 11,94 | 0,0001 |
Òðèîêñèä ñåðû | 2091,04 | 0,0184 | 585,496 | 0,0065 | Òðèîêñèä ñåðû | ||||
Àçîò | 110066,152 | 0,9686 | 88052,992 | 0,9821 | Àçîò | 110066,152 | 0,9868 | 88052,992 | 0,9885 |
Êèñëîðîä | 1441,568 | 0,0127 | 1009,0774 | 0,0113 | Êèñëîðîä | 1441,568 | 0,0129 | 1009,774 | 0,0113 |
Ñåðíàÿ êèñëîòà | 21176,337 | 98,6% ÑÊ (ïðîäóêò) | 54880,108 | ||||||
Îëåóì | 31608,509 | ||||||||
Èòîãî | 166417,7 | 1 | 89659,5 | 1 | Èòîãî | 166421,9 | 1 | 89074,0 | 1 |
2.5 Ðàñ÷åò òåõíîëîãè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé
Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî öåëåâîìó ïðîäóêòó:
Ï (100% ñåðíàÿ êèñëîòà) = 54166,667 êã / ÷
Ñåëåêòèâíîñòü ïî öåëåâîìó ïðîäóêòó (ïîêàçàòåëü ýôôåêòèâíîñòè ïðîòåêàíèÿ öåëåâîé ðåàêöèè â ñëîæíîì õèìè÷åñêîì ïðîöåññå):
S (100%-ÿ ñåðíàÿ êèñëîòà) = 100%, ò.ê. ïîáî÷íûõ ðåàêöèé íåò.
Âûõîä öåëåâîãî ïðîäóêòà (ïîêàçàòåëü ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññà):
Å (100%-ÿ ñåðíàÿ êèñëîòà) = NRïðàêò / NRìàêñ
Âåñü ñåðíèñòûé ãàç ïðåâðàòèòñÿ â ñåðíóþ êèñëîòó.
Å (100%-ÿ ñåðíàÿ êèñëîòà) = 552,721 / 666,766 = 0,829 èëè 82,90%
Ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò
Îñíîâíûì ïîêàçàòåëåì èñïîëüçîâàíèÿ ñûðüÿ (à òàêæå âñïîìîãàòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ) ÿâëÿåòñÿ ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò, ïîêàçûâàþùèé êîëè÷åñòâî çàòðà÷åííîãî ñûðüÿ (âñïîìîãàòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ) íà ïðîèçâîäñòâî åäèíèöû ïðîäóêöèè. Ðàçëè÷àþò òåîðåòè÷åñêèé ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò, îïðåäåëÿåìûé èç ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ õèìè÷åñêîé ðåàêöèè îáðàçîâàíèÿ ïðîäóêòà èç èñõîäíûõ âåùåñòâ ïðè ïîëíîì èõ ïðåâðàùåíèè, è ïðàêòè÷åñêèé (èëè ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò), ò.å. ðåàëüíî äîñòèãíóòûé â ïðîèçâîäñòâå. Èõ îòíîøåíèå ïîêàçûâàåò ñòåïåíü èñïîëüçîâàíèÿ ñûðüÿ.
Ê — ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò.
Ñóììàðíîå ñòåõèîìåòðè÷åñêîå óðàâíåíèå ïîëó÷åíèÿ ñåðíîé êèñëîòû èç ñåðû:
S + H2O + 2Î2= H2SO4
Ñ ìàññîâûìè ñòåõèîìåòðè÷åñêèìè êîýôôèöèåíòàìè ïðåâðàùåíèå îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì:
32 S + 18 H2O + 32 Î2 =98 H2SO4
Òåîðåòè÷åñêè 1 ò 100% -îé ñåðíîé êèñëîòû ìîæíî ïîëó÷èòü èç
1000 32 / 98 = 326,53 êã 100%-îé ñåðû. Ýòî — òåîðåòè÷åñêèé ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò.
Ê (òåîð) ïî îñí. ñûðüþ = 326,53 êã 100%-îé ñåðû/ 1ò 100%-é ñåðíîé êèñëîòû
Ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî ñåðà â âèäå ñåðíèñòîãî ãàçà è òðèîêñèäà ñåðû ïðåâðàùàåòñÿ íå ïîëíîñòüþ â ñåðíóþ êèñëîòó, òî ïîëó÷àåì:
Ê (ðåàë) ïî îñí. ñûðüþ = 326,53 / 0,829= 393,903 êã ñåðû íà 1 ò 100%-é ñåðíîé êèñëîòû.
á = 326,53 / 393,903=0,829 èëè 82,90%
Îñíîâíûå ïðè÷èíû ðàçëè÷èÿ òåîðåòè÷åñêîãî è ðåàëüíîãî ðàñõîäíûõ êîýôôèöèåíòîâ çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì:
íåïîëíîòà ïðåâðàùåíèÿ èñõîäíîãî âåùåñòâà â ïðîäóêò è âûäåëåíèÿ ïðîäóêòà;
ïîòåðè ïðîìåæóòî÷íûõ êîìïîíåíòîâ è ïðîäóêòà;
èñïîëüçîâàíèå ÷àñòè ñûðüÿ íà âñïîìîãàòåëüíûå öåëè.
Áèáëèîãðàôè÷åñêèé ñïèñîê
1. Êóòåïîâ À.Ì. Îáùàÿ õèìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ: Ó÷åá. äëÿ âóçîâ/À.Ì. Êóòåïîâ, Ò.È. Áîíäàðåâà, Ì.Ã. Áåðåíãàðòåí. — 3-å èçä., ïåðåðàá. — Ì.: ÈÊÖ «Àêàäåìêíèãà», 2003. — 528 ñ.
2. Áåñêîâ Â.Ñ. Îáùàÿ õèìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ: Ó÷åáíèê äëÿ âóçîâ. — Ì.: ÈÊÖ «Àêàäåìêíèãà», 2005. — 452 ñ.
3. Èãíàòåíêîâ Â.È., Áåñêîâ Â.Ñ. Ïðèìåðû è çàäà÷è ïî îáùåé õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè: Ó÷åá. ïîñîáèå äëÿ âóçîâ. — Ì., 2005. — 198 ñ.
Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru
Источник
