- •Производство серной кислоты
- •Расчетная часть:
- •5.4. Расчет оптимальных температур окисления:
- •5.5. Оптимизация многослойного реактора окисления с промежуточным вводом холодного воздуха
- •5.7. Оптимизация действующего многослойного реактора окисления с промежуточным вводом холодного воздуха.
- •8. Список используемой литературы
РХТУ им. Д.И. Менделеева
Кафедра Общей Химической Технологии
Курсовая работа по теме:
Производство серной кислоты
вариант №11
выполнил: Кокорин Н.А.
гр. О-41
проверила: Сучкова Е.В.
Москва, декабрь 2005 г.
Задание:
- производительность по 100%-ной серной кислоте, GH2SO4, т/сут: 1000
- состав колчедана (концентрации, массовые %):
- серы CS: 47
- влаги Cвл: 2.5
- состав огарка: (концентрации, массовые %):
- серы CS(ог): 0.83
- состав обжигового газа (концентрации, объемные %):
- СSO2: 12,5
- СSO3: 0,12
- степень использования серы в колчедане, β (%): 88,7
- относительная влажность воздуха (%): 65,0
- температура кипящего слоя (К): 873
- температура воды (К): 293
- концентрация СSO2 в газе перед контактным аппаратом (объемные %): 8,5
- конструкция контактного аппарата:
контактный аппарат с промежуточным вводом холодного воздуха.
Расчетная часть:
-
Расчет материального баланса печи кипящего слоя в процессе обжига колчедана.
-
1.1. Рассчитываем общее содержание серы в колчедане:
GS = кг/ч;
-
1.2. Количество сухого колчедана:
кг/ч;
-
1.3. Количество влаги в колчедане:
кг/ч;
-
1.4. Количество огарка:
кг/ч;
-
1.5. Количество серы в огарке:
кг/ч;
-
1.6. Потери серы с огарком:
%;
-
1.7. Количество выгоревшей серы:
кг/ч;
-
1.8. Общее количество SO2 и SO3 :
м3/ч;
-
1.9. Объем SO2 :
м3/ч;
-
1.10. Объем SO3 :
м3/ч;
-
1.11. Концентрация кислорода в обжиговом газе определяется по формуле:
, где n – содержание кислорода в воздухе, n=21%; m – стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу молекул SO2, по балансовому уравнению:
4 FeS2 + 11 O2 = 8 SO2 + 2 Fe2O3, ;
%;
-
1.12. Объем сухого обжигового газа:
м3/ч;
-
1.13. Объем кислорода в обжиговом газе:
м3/ч;
-
1.14. Объем азота в обжиговом газе:
м3/ч;
-
1.15. Объем сухого воздуха, поступающего на обжиг колчедана (воздух содержит 79% азота):
м3/ч;
1.16. Объем паров воды в воздухе (при 20ºС и относительной влажности воздуха φ=65% давление паров воды в нем равно 12 мм.рт.ст.= 1.6*103 Па ):
м3/ч;
Общий объем паров воды в обжиговом газе:
м3/ч;
-
Расчет плотностей газов:
; кг/м3; кг/м3; кг/м3; кг/м3; кг/м3; кг/м3;
-
Материальный баланс:
Приход |
Количество |
Расход |
Количество |
||
кг/ч |
м3/ч |
кг/ч |
м3/ч |
||
Колчедан |
32670 |
- |
Огарок |
23194 |
- |
Обжиговый газ, в т. ч.: |
- |
83944(без воды) |
|||
Влага колчедана |
838 |
- |
SO2 |
29979 |
10493 |
Сухой воздух |
113704 |
87938 |
SO3 |
361 |
101 |
Влага с воздухом |
1150 |
1430 |
О2 |
5539 |
3879 |
N2 |
86839 |
69471 |
|||
H2O |
1988 |
2473 |
|||
Всего |
148362 |
- |
Всего |
147900 |
- |
2. Расчет теплового баланса печи обжига колчедана.
-
Тепло сухого колчедана:
кДж/ч;
(Ср(колч)=0,5447 кДж/кг*град – [1]);
-
Тепло влаги колчедана:
(Ср(воды)=4,19 кДж/кг*град – [1]); кДж/ч;
-
Тепло сухого воздуха:
(Ср(возд)=1,3012 кДж/кг*град – [1]); кДж/ч;
-
Тепло влаги воздуха:
(Ср(вод.пара)=1,4934 кДж/кг*град – [1], при 20ºС); кДж/ч;
-
Тепло горения колчедана:
4FeS2 + 11 O2 = 8 SO2 + 2 Fe2O3 + 3415.7 кДж/моль;
Теплота сгорания химически чистого FeS2:
кДж/ч;
Количество тепла, выделяющегося при горении колчедана, зависит от степени выгорания серы (содержание серы в FeS2 равно 53,5%):
кДж/ч;
Выход огарка:
;
Степень выгорания серы:
%;
кДж/ч;
-
Приход тепла (кДж/ч):
2.7. Тепло огарка: (Ср(ог)=0,7961 кДж/кг*град – [1]);
кДж/ч;
-
Тепло обжигового газа:
(Ср(об.г.)=1,4246 кДж/м3*град – [1]);
кДж/ч;
-
Теплоотдача печи в окружающую среду:
кДж/ч;
-
Расход тепла:
кДж/ч;
-
Тепло, затраченное на испарение воды и получение пара:
кДж/ч;
-
Тепловой баланс печи:
Приход |
Количество |
Расход |
Количество |
||
кДж/ч |
% |
кДж/ч |
% |
||
Тепло сухого колчедана |
355907 |
0,173 |
Тепло огарка |
11078846 |
5,394 |
Тепло влаги колчедана |
70224 |
0,034 |
|||
Тепло сухого воздуха |
2959033 |
1,441 |
Тепло обжигового газа |
71751973 |
34,936 |
Тепло влаги воздуха |
34348 |
0,017 |
|||
Тепло горения колчедана |
201959798 |
98,335 |
Тепловые потери |
2053793 |
1,000 |
Тепло испарения воды |
120494698 |
58,669 |
|||
Всего |
205379310 |
100 |
Всего |
205379310 |
100 |
-
Расчет концентраций в обжиговом газе перед контактным аппаратом.
3.1. Состав обжигового газа после обжига серосодержащего сырья в атмосфере воздуха (расчет по данным из таблицы материального баланса):
Состав |
% об. |
% об. перед конт. апп. |
SO2 |
12.500 |
8.5 |
SO3 |
0.120 |
0 |
H2O |
2.946 |
0 |
O2 |
4.621 |
? |
N2 |
82.759 |
? |
Перед подачей в реактор газ подвергается осушке и очистке от SO3, и дополнительно разбавляется воздухом (до содержания SO2 = 8,5% объемных)
3.2. Состав реакционной массы перед контактным аппаратом (объемные %):
Общий объем газа:
;
-
Объем добавленного воздуха:
;
-
Содержание азота и кислорода в газе:
;
;
-
Концентрации азота и кислорода в газе:
;
;
;
-
Расчет величины адиабатического перегрева.
, где ; Qp – тепловой эффект реакции;
a – концентрация SO2, a=0,085;
Ср – средняя теплоемкость смеси;
Qp = - ΔН;
Согласно [1], изменение энтальпии в ходе реакции задается эмпирическим уравнением:
;
Средняя объемная теплоемкость смеси:
;
-
Расчет контактного аппарата на ЭВМ
5.1. Выбор катализатора.
Выбираем катализатор ИК-4.
Параметры: Tz = 758 K; K(Tz) = 1.45; T1 = 693 K; T2 = 793 K; E1 = 30.2 ;
E2 = 13.3; E3 = 0;
5.2. Расчет равновесных степеней превращения SO2.
Исходные данные:
- концентрация SO2 – 0,085
- концентрация O2 – 0,099
- давление - 1 атм.
- интервал температур – от 700 до 900 К
- шаг 40.
Результат расчета:
Т |
Хравн |
Кр |
700 |
0,983 |
229,95 |
740 |
0,960 |
96,13 |
780 |
0,917 |
43,95 |
820 |
0,847 |
21,69 |
860 |
0,751 |
11,43 |
900 |
0,634 |
6,48 |
5.3. Расчет скорости реакции при заданной степени конверсии.
Исходные данные:
- концентрация SO2 – 0,085
- концентрация O2 – 0,099
- давление - 1 атм.
- интервал температур – от 650 до 900 К
- шаг 10
Результат расчета:
T,K |
X=0.6 |
X=0.65 |
X=0.7 |
X=0.75 |
X=0.8 |
X=0.85 |
X=0.9 |
X=0.92 |
X=0.94 |
X=0.96 |
X=0.98 |
650 |
0,06 |
0,052 |
0,043 |
0,036 |
0,028 |
0,021 |
0,013 |
0,011 |
0,008 |
0,005 |
0,002 |
660 |
0,085 |
0,073 |
0,062 |
0,051 |
0,04 |
0,029 |
0,019 |
0,015 |
0,011 |
0,007 |
0,003 |
670 |
0,12 |
0,104 |
0,087 |
0,072 |
0,056 |
0,041 |
0,027 |
0,021 |
0,016 |
0,01 |
0,004 |
680 |
0,168 |
0,145 |
0,122 |
0,1 |
0,078 |
0,058 |
0,037 |
0,029 |
0,022 |
0,014 |
0,005 |
690 |
0,232 |
0,2 |
0,168 |
0,138 |
0,108 |
0,079 |
0,051 |
0,04 |
0,029 |
0,018 |
0,005 |
700 |
0,281 |
0,242 |
0,204 |
0,167 |
0,131 |
0,096 |
0,062 |
0,048 |
0,034 |
0,02 |
0,003 |
710 |
0,322 |
0,277 |
0,233 |
0,191 |
0,149 |
0,109 |
0,07 |
0,054 |
0,038 |
0,02 |
-0,003 |
720 |
0,366 |
0,315 |
0,266 |
0,217 |
0,17 |
0,123 |
0,078 |
0,059 |
0,04 |
0,018 |
|
730 |
0,416 |
0,358 |
0,301 |
0,246 |
0,191 |
0,138 |
0,085 |
0,063 |
0,04 |
-0,01 |
|
740 |
0,47 |
0,404 |
0,34 |
0,277 |
0,215 |
0,154 |
0,091 |
0,065 |
0,036 |
|
|
750 |
0,53 |
0,455 |
0,382 |
0,31 |
0,239 |
0,168 |
0,095 |
0,062 |
0,025 |
|
|
760 |
0,594 |
0,51 |
0,427 |
0,345 |
0,264 |
0,181 |
0,093 |
0,052 |
0,003 |
|
|
770 |
0,664 |
0,568 |
0,474 |
0,381 |
0,287 |
0,19 |
0,082 |
0,029 |
-0,037 |
|
|
780 |
0,739 |
0,63 |
0,523 |
0,416 |
0,307 |
0,192 |
0,057 |
-0,013 |
|
|
|
790 |
0,818 |
0,695 |
0,573 |
0,449 |
0,321 |
0,182 |
0,008 |
|
|
|
|
800 |
0,836 |
0,707 |
0,576 |
0,442 |
0,258 |
0,141 |
-0,072 |
|
|
|
|
810 |
0,825 |
0,691 |
0,555 |
0,413 |
0,2 |
0,076 |
|
|
|
|
|
820 |
0,809 |
0,67 |
0,525 |
0,372 |
0,119 |
-0,014 |
|
|
|
|
|
830 |
0,787 |
0,64 |
0,485 |
0,316 |
0,01 |
|
|
|
|
|
|
840 |
0,758 |
0,601 |
0,431 |
0,241 |
-0,136 |
|
|
|
|
|
|
850 |
0,719 |
0,547 |
0,358 |
0,139 |
|
|
|
|
|
|
|
860 |
0,666 |
0,476 |
0,261 |
0,003 |
|
|
|
|
|
|
|
870 |
0,597 |
0,382 |
0,132 |
-0,177 |
|
|
|
|
|
|
|
880 |
0,505 |
0,258 |
-0,038 |
|
|
|
|
|
|
|
|
890 |
0,385 |
0,095 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
900 |
0,23 |
-0,016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|