Производство серной кислоты при повышенном давлении

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.

Â 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. Â 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.
Â 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. Â 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. Â 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. Â 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:

Â 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