3.2 Тепловой баланс производства 1 т целевого продукта

Пример 3.2.

Составить тепловой баланс производства серной кислоты Н₂SО₄ (CК) из 1т технической серы

S + 1,5О₂ + Н₂О = Н₂SО₄

Производительность: сера техн. (исходное сырье) – 1000 кг

Примеси: в техн. сере – 5 % (тв. примеси); в воздухе – 79 % (N₂, СО₂ и др.) в технической воде – 1 % (жидкие примеси)

1	В	С	D	E	F	G	H	I	J
2	Составить материальный баланс производства серной кислоты
3	Дано: Производительность по техн. сере (исходное сырье), кг								1000
4	Примеси:	1-й компонент (сера техн.), %							5
5		2-й компонент (воздух), %							79
6		3-й компонент (вода), %							1
7	Мв (сумма)	32	48	18		98			0
8	Мв, г	32	32	18		98			16
9	Реакция	S +	1,5O2 +	Н2O	=	Н2SO4

	Таблица 2.11 - Материальный баланс отделения сжигания серы
	B	C	D	E	F	G	H	I	J
	ПРИХОД					РАСХОД
	Масса, кг					Масса, кг
13		сырье	веще- ство	При- меси	%		про- дукты	компо- ненты	%
14	1. Сера Технич.	1000				1.Серная кислота
15	в т.ч. S					в т.ч. Н2SO4
16	примесь 1 (тв .)					примеси (1+3)
17	2. Воздух
18	атмосф.					2.Газы
19	в т.ч. О2					удаляемые
20	примесь 2 (N2 и др.)					(примесь2)
	3. Вода техн.
	в т.ч. О2
	примесь 3 (ж)
21	Cумма (кг)				100	Cумма (кг)			100
22	Сумма (% )				100	Сумма (%)			100

		Содержимое ячеек
	№ ячейки	Приход	Формула
	1.C14	Исходная масса серы технической	1000 (дано)
	2. D15	Масса необходимой чистой серы	С14*(100-J4)/100
	3.E16	Масса примесей техн. серы	С14-D15
	4.D19	Масса О2, реагирующего с серой	D15*E7/D7
	5.C18	Масса атмосферного воздуха	D19*100/(100-J5)
	6.E20	Масса примесей воздуха (N2, СО2)	C18-D19
	7.C21	Суммарная масса всего сырья	CУММ(C14:C20)
	8.D21	Масса реагирующих компонентов	CУММ(D15:D20)
	9.E21	Суммарная масса примесей	CУММ(E16:E20)
	10.F22	Масса всего технического сырья, %	100 (принято)
	11. F14	Процент технической серы ( от массы всего сырья)	С14*100/$C$21
	12. F15	Процент S в техн. сере	D15*$F$22/$C$21
	13. F16	Процент примесей в техн. сере	E16*100/$C$21
	14. F18	Процент воздуха (от массы сырья)	C18*100/$C$21
	15. F19	Процент О2 в воздухе	D19*100/$C$21
	16. F20	Процент примесей в воздухе	E20*100/$C$21
	17. F21	Сумма процентов компонентов	CУММ(F14+F18)
		Расход
	18.I14	Масса печного газа	C21
	18.I15	Масса образовавшегося SO2	D15*G7/D7
	19.I16	Масса примесей (серы и воздуха)	E21
	20.H21	Сумма продуктов	CУММ(H14:H20)
	21.I21	Сумма компонентов продуктов	CУММ(I15:I20)
	22. J14	Процент печного газа	I14*J22/C21
	23. J15	Процент SО2 в печном газе	I15*100/$I$21
	24. J16	Процент примесей печного газа	I16*100/$I$21
	23. J21	Сумма процентов компонентов (100%)	CУММ(J15+J16)

1	B	C	D	E	F	G	H	I	J
2	ПРИМЕР 2(1). Составить материальный баланс производства SO2
3	Дано	Производительность по сере (сырью), кг							1000
4		Содержание примесей: 1-й компонент сырья,%							5
5				2-й компонент сырья,%					79
6							Проверка уравнения
7	Мв (с учетом молей) =		32	32		64	0		0
8	Мв (в граммах)=		32	32		64	0		0
9	Реакция (cуммарная)		S +	O2	=	SO2
10	Таблица 1 - Материальный баланс производства SO2
11			ПРИХОД				РАСХОД
12		масса, кг			%		масса, кг		%
13		сырье	вещество	примесь			продукты	компоненты
14	1.Техн.сера	1000			18,10	1.Печной газ.	5523,81		100
15	в т.ч. S		950		17,20	в т.ч. SO2		1900	34,40
16	примесь 1(т)			50	0,91	примесь 1(т)		50	0,91
17	2.Воздух	4523,8				примесь 2(г)		3573,81	64,70
18	в т.ч. Н2		950		81,90
19	примесь 2(г)			3574	17,20
20	примеси -С02 и др.(г)				64,70
21	Cумма (кг)	5523,8	1900	3624	100	Cумма (кг)	5523,81	5523,81	100
22	Сумма (% суммы грязного сырья)				100	Сумма (%)			100
23
24	ПРИМЕР 2(2). Составить тепловой баланс отделения сжигания серы производства Н2SO4
25	Дано	Температура исходных компонентов t, градус					20
26		Температура конечного продукта, t, градус					50
27	Примечание Теплоемкость технических продуктов принять равным теплоемкости чистых веществ
28		Изменением теплоемкости в зависимости от температуры пренебречь!
29
30	Реакция (cуммарная)		S +	O2	=	SO2
31	Энтальпия,							Тепловой эффект
32	Н298, Дж/моль*К		0	0		-45,8		реакции, КДж
33	Н298 (с учетом молей)		0	0		-91,6			-91,6
34		Формула пересчета Ср = Ср*/Мв, Дж/(кг.К)]
35	Ср*298, Дж / (моль.К)		29,144	28,85		35,59
36	Ср 298, кДж / (кг.К)		0,91075	0,902		0,55609375
37		Количество тепла Q = m .Cр(Дж/кг.К) . t
38	Таблица 2 - Тепловой баланс производства SO2
39			ПРИХОД				РАСХОД
40			кДж		%			кДж	%
41	1.C cерой		18215,00		0,65	1.С печным газом		153587,8	5,45
42						(при 50 градус)
43	2.С воздухом		81572,77		2,89
44						2.Потери тепла (20 %)		563832,6	20
45	3.Теплота реакции		2719375		96,46	3.Теплота, которую		2101742	74,55
46						необходимо отводить
47	Сумма (кДж)		2819162,77		100	Сумма (кДж)		2819163	100
48	Сумма (% суммы всего тепла)				100	Сумма (%)			100
49
50
51			справочные данные
52			N2	Н2	NH3	НNО3	NH4NO3	(NH2)2CO	H2O
53	Мв		28	2	17	63	80	60	18
54	Н298, Дж/моль*К		0	0	-45,8	-174,25	-200	-300	-286
55	Ср*298, Дж / (моль.К)		29,144	28,85	35,59	109,95	200	300	75,35
56