Задание для расчета

Вариант №2

Стадии производства серной кислоты:

1. подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;

2. сжигание серы: S + O₂ = SO₂ (1) .Процесс ведут с избытком воздуха;

3. контактное окисление SO₂ в SO₃: SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ (2).Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420-550*С;

4. абсорбция SO₃ : SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (3). Абсорбционная колонна орошается 98,3% H₂SO₄. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~93% H₂SO₄ в соответствии с требованиями ГОСТа.

Исходные данные для расчета

Показатель	Значения
Степень превращения серы в SO2, %	94.0
Степень превращения SO2 в SO3, %	99.5
Степень абсорбции SO3, %	99.7
Содержание SO2 в газе, поступающем в контактный аппарат, % (по объему)	8.8
Содержание H2SO4 в целевом продукте, % по массе	93.5
Базис расчета, кг H2SO4	2500

Выполнение расчета.

1.Составляем блок-схему производства.

сера

воздух

Сжигание серы

Контактное окисление SO₂ в SO₃

Вода

Абсорбция SO₃

Серная кислота

Выхлопные газы

03

011

12 23 302

012

301

011 - Сера жидкая

012 - Воздух

12. - SO₂ содерж. газ

23 - SO₃ содерж. газ

3. - Вода

301. - Выхлопные газы

302. – Серная кислота

2. Составление уравнений по каждому узлу.

1.Составляем уравнения по первому узлу:

0.94*N₀₁₁=N₁₂^SO2

N₁₂^SO2=N₁₂*0.088 N₀₁₁=X₁

0.94*N₀₁₁=N₁₂*0.088 N₁₂=X₃

0.94*X₁=X₃*0.088 (1)

2. Составляем уравнения по второму узлу:

а) 0,995*N₁₂^SO2=N₂₃^SO3

0.995*N₁₂*0.088=N₂₃^SO3 N₂₃^SO3=X₄

0.995*X₃*0.088=X₄ (2)

б) N₁₂*(0.21-0.088)=2N₂₃^SO3

X₃*(0.21-0.088)=2X₄ (3)

3.Составляем уравнение по третьему узлу:

а) G₃₀₂*0.935=2500 базисное уравнение G₃₀₂=X₇

X₇*0.935=2500 (4)

б) 0.997*N₂₃^SO3=2500/Mr(H₂SO₄)

0.997*X₄=2500/98 (5)

в) N₃₀₁=N₃₀₁^SO2 + N₃₀₁^N2 + N₃₀₁^SO3 + N₃₀₁^O2

N₃₀₁^SO2=N₁₂^SO2*(1-0.995)=N₁₂^SO2*0.005=N₁₂*0.088*0.005

N₃₀₁^N2= 0.79*N₀₁₂

N₃₀₁^SO3=N₂₃^SO3*(1-0.997)=0.003*N₂₃^SO3

N₃₀₁^O2=N₁₂*(0.21-0.088)-1/2*N₁₂*(0.21-0.088)=N₁₂*0.122*(1-

1/2)=0.122/2*N₁₂

N₃₀₁=N₁₂*0.088*0.005+0.79*N₀₁₂+0.003*N₂₃^SO3+0.061*N₁₂

N₃₀₁=0.06144*N₁₂+0.79*N₀₁₂+0.003*N₂₃^SO3

X₆=0.06144*X₃+0.79*X₂+0.003*X₁ (6)

N₀₁₂=X₂

N₃₀₁=X₆

Но надо учесть, что N₁₂=N₀₁₂, т.е. X₂=X₃ (7)

6 неизвестных и 7 уравнений. Выбрасываем уравнение (3) и получаем систему уравнений:

0,94*X₁=0.088*X₃

0.995*0.088*X₃=X₄

0.935*X₇=2500

0.997*X₄=25.51

X₆=0.06144*X₃+0.79*X₂+0.003*X₄

X₃=X₂

0.94*X₁-0.088*X₃=0

0.0876*X₃-X₄=0

X₇=2673.8

X₄=25.59

0.85144*X₃+0.002*X₄- X₆=0

0.94*X₁-0.088*X₃=0

0.0876*X₃-25.59=0

X₇=2673.8

X₄=25.59

0.85144*X₃+0.002*25.59-X₆=0

0.94*X₁-0.088*X₃=0

X₃=292.12

X₇=2673.8

X₄=25.59

0.85144*X₃+0.0512-X₆=0

0.94*X₁=0.088*292.12

X₃=292.12

X₇=2673.8

X₄=25.59

0.8558*292.12+0.041-X₆=0

X₁=27.35=N₀₁₁

X₃=292.12=X₂=N₁₂=N₀₁₂

X₇=2673.8=G₃₀₁

X₄=25.59=N₂₃^SO3

X₆=250.04=N₃₀₁

1.Количество целевого продукта:

X₇=G₃₀₁=2673.8 кг 93.5% серной кислоты

2. Расход серы:

X₁=N₀₁₁=27.35 кмоль

m_s=N_s*M_S=27.35*32=875.2 кг

G_Sнач=875.2/0.94=931.06 кг было введено в систему

3. Расход воздуха:

X₂=X₃=N₀₁₂=257.23 кмоль

G_возд=N_возд*M_возд=292.12*29=8471.48 кг

4.Определение расхода кислорода и азота

G_O2=8471.48*0.21=1779.01 кг

G_N2=8471.48*0.79=6692.47 кг

5. Определяем количество SO₂, содержащегося в газе:

X₃=N₁₂=292.12 кмоль

N₁₂^SO2=292.12*0.088=25.71 кмоль

G_SO2=N_SO2*M_SO2=25.71*64=1645.44 кг

6. Определение SO₃, содержащегося в газе:

X₄=N₂₃^SO3=25.59 кмоль

G_SO3=N_SO3*M_SO3=25.59*80=2047.2 кг

7. Расход воды на абсорбцию:

G₀₃=G₃₀₁*M_H2O/M_H2SO4=2673.8*18/98=491.09 кг

8. Выхлопные газы:

X₆=N₃₀₁=250.04 кмоль

G₃₀₁=G₃₀₁^SO2+G₃₀₁^N2+G₃₀₁^SO3+G₃₀₁^O2=1645.44*0.005+6692.47+0.003*2047.2+0.061*8471.48=8.23+6692.47+6.14+516.76=

7223.6 кг